KR20200111362A - 증강현실 구현을 위한 광학계 및 이를 포함한 의료용 증강현실 장치 - Google Patents

Abstract

증강현실 구현을 위한 광학계 및 이를 포함한 의료용 증강현실 장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 환부로부터 반사되는 기 설정된 파장대역의 광을 수광하여 환부의 이미지를 생성하는 이미지 생성부와 상기 이미지 생성부로부터 생성된 이미지에 대응되는, 가시광 파장대역의 광을 출력하는 영상 출력부와 상기 영상 출력부로부터 출력된 광을 반사시키는 제1 미러부와 상기 제1 미러부에서 반사된 광을 집속시키는 렌즈부와 외부로부터 입사되는 기 설정된 파장대역의 광을 기 설정된 방향으로 모두 반사시키고, 입사되는 가시광 파장대역의 광의 일부를 상기 기 설정된 방향 및 사용자의 동공 중 어느 하나로 투과시키고, 나머지 일부를 상기 기 설정된 방향 및 상기 사용자의 동공 중 나머지 하나로 반사시키는 빔 스플리터 및 상기 빔 스플리터에서 반사된 기 설정된 파장대역의 광을 상기 이미지 생성부로 재반사시키는 제2 미러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치를 제공한다.

Description

증강현실 구현을 위한 광학계 및 이를 포함한 의료용 증강현실 장치{Optical System for Realizing Augmented Reality and Medical Augmented Reality Apparatus Including the Same}

본 발명은 증강현실 영상 구현을 위한 광학계와 이를 포함한 의료용 증강현실 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

환자의 환부를 수술하기 위해서, 종래에는 의사가 환부의 절개를 통해 병변 부위를 육안으로 확인하며 수술을 진행하였다. 이를 위해서는 선행적으로 환부의 위치와 주위조직 및 정상조직 사이의 경계가 정확히 확정되어야만 한다. 그러나 개흉 혹은 개복 하에 이루어지는 종래의 수술에서 의사는 자신의 시각과 촉감에 의존해서만 환부의 위치와 경계를 확인하곤 했다. 이런 경우에, 의사가 비록 수술 전에 X-ray, CT, PET 등을 이용해 취득한 다양한 영상자료를 분석한다 하더라도, 실제 수술 중에 살아 움직이는 인체 장기 내에서 정확하게 환부의 위치와 정상조직과의 경계를 확인하기가 쉽지 않았다. 이러한 문제로 인해, 종래의 수술은 영상자료의 분석을 거쳐 환부로 추정되는 부위를 중심으로 일정 영역을 도려내는 방법으로 진행되었다. 이러한 이러한 종래의 수술은 환부만 정밀하게 도려내는 것이 아니고 정상조직까지 함께 제거되기 때문에, 제거된 부분과 연관된 장기의 기능저하가 필연적으로 수반되어 재활까지 오랜 기간이 걸리는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위한 MIS(Minimally Invasive Surgery) 수술로서, 의사가 C-arm(Portable X-ray)을 지속적으로 가동시켜 임플란트 및 수술기구가 원하는 방향과 위치로 삽입되는지 확인하면서 수술하는 방법이 있으나, 수술 시 X-ray를 여러 차례 조사해야 하므로 집도의 및 수술실 내 인력이 방사선에 노출되는 문제가 있다.

또한, 최근의 발전된 기술로서는 3D CT(Computed Tomography) 영상을 수술실 모니터에 출력하여, 의사가 이를 보면서 수술을 진행하는 방법이 있다. 이러한 방법은 의사가 수술 도중 모니터에서 출력되는 3D CT 영상을 수시로 참고해야 하여 원활한 수술진행이 어려운 문제가 있다.

이러한 문제로 인해, 최근 의료기기에 증강현실 기술을 접목하고자 하는 다양한 시도가 존재한다.

본 발명의 일 실시예는, 증강현실 기술을 이용하여 사용자에 환자의 환부 영상 또는 환부에 대한 정보영상을 제공함으로써, 사용자가 환자의 실제 환부와 함께 환부 영상 또는 환부에 대한 정보영상을 증강현실로 인식할 수 있도록 하는 증강현실 구현을 위한 광학계 및 이를 포함한 의료용 증강현실 장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 간단한 구성으로도 사용자가 실제 환부와 함께 증강현실 영상을 인식할 수 있도록 하는 증강현실 구현을 위한 광학계 및 이를 포함한 의료용 증강현실 장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 환부로부터 반사되는 기 설정된 파장대역의 광을 수광하여 환부의 이미지를 생성하는 이미지 생성부와 상기 이미지 생성부로부터 생성된 이미지에 대응되는, 가시광 파장대역의 광을 출력하는 영상 출력부와 상기 영상 출력부로부터 출력된 광을 반사시키는 제1 미러부와 상기 제1 미러부에서 반사된 광을 집속시키는 렌즈부와 외부로부터 입사되는 기 설정된 파장대역의 광을 기 설정된 방향으로 모두 반사시키고, 입사되는 가시광 파장대역의 광의 일부를 상기 기 설정된 방향 및 사용자의 동공 중 어느 하나로 투과시키고, 나머지 일부를 상기 기 설정된 방향 및 상기 사용자의 동공 중 나머지 하나로 반사시키는 빔 스플리터 및 상기 빔 스플리터에서 반사된 기 설정된 파장대역의 광을 상기 이미지 생성부로 재반사시키는 제2 미러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 파장대역의 광은 적외선 또는 자외선 파장대역인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 영상 출력부는 외부로부터 출력할 증강현실 영상을 입력받아, 상기 증강현실 영상에 대응되는, 가시광 파장대역의 광을 추가로 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 빔 스플리터는 외부로부터 입사되는 가시광 파장대역의 광에 대해서, 광의 일부를 상기 사용자의 동공으로 투과시키고, 나머지를 상기 기 설정된 방향으로 반사시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 빔 스플리터는 상기 제1 미러부에서 반사되어 입사되는 가시광 파장대역의 광에 대해서, 광의 일부를 상기 사용자의 동공으로 반사시키고, 나머지를 상기 기 설정된 방향으로 투과시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 빔 스플리터는 기 설정된 파장대역의 광을 반사시키는 반사면 및 가시광 파장대역의 광을 반사시키거나 투과시키는 반사면을 각각 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 환부로부터 반사되는 기 설정된 파장대역의 광을 수광하여 환부의 이미지를 생성하는 이미지 생성부와 상기 이미지 생성부로부터 생성된 이미지에 대응되는, 가시광 파장대역의 광을 출력하는 영상 출력부와 상기 영상 출력부에서 출력된 광을 집속시키는 렌즈부와 외부로부터 입사되는 기 설정된 파장대역의 광을 기 설정된 방향으로 모두 반사시키고, 입사되는 가시광 파장대역의 광의 일부를 상기 기 설정된 방향 및 사용자의 동공 중 어느 하나로 투과시키고, 나머지 일부를 상기 기 설정된 방향 및 상기 사용자의 동공 중 나머지 하나로 반사시키는 빔 스플리터 및 상기 빔 스플리터에서 반사된 기 설정된 파장대역의 광을 상기 이미지 생성부로 재반사시키는 미러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 파장대역의 광은 적외선 또는 자외선 파장대역인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 영상 출력부는 외부로부터 출력할 증강현실 영상을 입력받아, 상기 증강현실 영상에 대응되는, 가시광 파장대역의 광을 추가로 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 빔 스플리터는 외부로부터 입사되는 가시광 파장대역의 광에 대해서, 광의 일부를 상기 사용자의 동공으로 투과시키고, 나머지를 상기 기 설정된 방향으로 반사시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 빔 스플리터는 상기 렌즈부를 거친 가시광 파장대역의 광에 대해서, 광의 일부를 상기 사용자의 동공으로 반사시키고, 나머지를 상기 기 설정된 방향으로 투과시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 빔 스플리터는 기 설정된 파장대역의 광을 반사시키는 반사면 및 가시광 파장대역의 광을 반사시키거나 투과시키는 반사면을 각각 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 의료용 증강현실 장치에 있어서, 환부로부터 반사되는 기 설정된 파장대역의 광을 수광하여 환부의 이미지를 생성하는 이미지 생성부와 상기 이미지 생성부로부터 생성된 이미지에 대응되는, 가시광 파장대역의 광을 출력하는 영상 출력부와 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서의 증강현실 광학장치와 상기 이미지 생성부, 상기 영상 출력부 및 상기 증강현실 광학장치의 동작을 제어하는 제어부 및 상기 증강현실 장치 내 각 구성으로 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 증강현실 장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 증강현실 기술을 이용하여 사용자에 환자의 환부 영상 또는 환부에 대한 정보영상을 제공함으로써, 수술 중 별도의 출력화면에 대한 지속적인 확인 없이도, 사용자가 환자의 실제 환부와 함께 환부 영상 또는 환부에 대한 정보영상을 인식할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 간단한 구성으로 구현이 가능하여, 사용자에 부담없이 착용될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 증강현실 장치의 일 구현예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 증강현실 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 증강현실 광학장치의 사시도와 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 증강현실 광학장치로 외부로부터 가시광이 유입되는 경로를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 증강현실 광학장치로 외부로부터 기 설정된 파장대역의 광이 유입되는 경로를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 증강현실 광학장치가 증강현실 영상을 출력하기 위한 광 경로를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 증강현실 광학장치의 사시도와 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치 내 빔 스플리터의 반사면을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치 내 빔 스플리터 및 빔 스플리터의 제1 반사면으로 입사되는 광의 경로를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치 내 빔 스플리터 및 빔 스플리터의 제2 반사면으로 입사되는 광의 경로를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치로 외부로부터 가시광이 유입되는 경로를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치로 외부로부터 기 설정된 파장대역의 광이 유입되는 경로를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치가 증강현실 영상을 출력하기 위한 광 경로를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 증강현실 광학장치의 사시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 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.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 증강현실 장치의 일 구현예를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 증강현실 장치의 구성을 도시한 도면이다.

의료용 증강현실 장치(100)는 의사 등의 사용자에 장착되거나 미장착된 상태에서 사용자에 증강현실 영상을 제공한다. 의료용 증강현실 장치(100)가 제공하는 증강현실 영상으로는 환자의 환부만을 직접적으로 출력하는 환부 영상과 환자의 환부의 상태에 관한 정보를 출력하는 환부 정보영상을 포함한다. 사용자는 의료용 증강현실 장치(100) 너머로 볼 수 있는 환부의 실제 상(像)과 의료용 증강현실 장치(100)에서 제공되는 증강현실 영상을 함께 볼 수 있다. 이에 따라, 사용자는 환부의 실제 상과 환부 영상 등의 증강현실 영상을 한번에 볼 수 있어, 별도로 증강현실 영상을 확인하기 위해 사용자가 시야를 돌려야 하는 불편을 제거하였다.

환부 영상은 다음과 같이 생성될 수 있다. 기 설정된 파장대역에서만 발광하는 물질이 포함된 시약을 환자가 마시거나 환자의 환부 주변에 도포된 경우, 환부에서는 기 설정된 파장대역의 광을 반사시킨다. 이때, 환부로 기 설정된 파장대역의 광이 조사되면, 환부에서는 해당 물질에 의해 해당 파장대역의 광을 생성 또는 반사시킨다. 이러한 특성을 이용하여, 의료용 증강현실 장치(100)는 기 설정된 파장대역의 광을 수광하여 환부에 대한 이미지를 생성함으로써 환부 영상을 생성한다. 여기서, 기 설정된 파장대역은 사용자가 볼 수 없는 가시광 파장대역 이외의 파장대역, 예를 들어, 적외선 또는 자외선 파장대역에 해당한다.

환부 정보영상은 다음과 같은 영상을 포함한다. 환부 정보영상은 X-ray, CT 또는 MRI 등 환부를 촬영한 영상이나 환자의 심박수 등 환자의 상태를 나타내는 기본적 의료영상 등을 포함한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 증강현실 장치(100)는 영상 출력부(210), 광학계(220), 제어부(230) 및 전원부(240)를 포함한다.

영상 출력부(210)는 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력한다. 영상 출력부(210)는 광학계(220)에서 생성된 증강현실 영상(환부 영상)을 전달받아, 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력한다. 한편, 영상 출력부(210)는 유선 또는 USB 등 외부와 직접 연결되거나 별도의 통신부(미도시)를 이용해 외부로부터 증강현실 영상(환부 정보영상)을 전달받고, 전달받은 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력한다. 사용자가 증강현실 영상을 볼 수 있도록, 영상 출력부(210)는 가시광 파장대역의 광을 출력한다.

증강현실 광학계(220, 이하에서 '광학계'라 약칭함)는 환부의 실제 상에 대응되는 광과 영상 출력부(210)에서 출력되는 광(영상)을 사용자에게 전달한다. 광학계는 환자의 환부로부터 입사하는 환부의 실제 상에 대응되는 광을 사용자에게 전달함으로써, 사용자가 환자의 환부를 볼 수 있도록 한다. 이와 동시에, 광학계(220)는 광학계(220)로 입사하는 기 설정된 파장의 광으로부터 환부 영상을 생성하고, 생성되어 영상 출력부(210)에서 출력되는 환부 영상을 사용자에게 전달한다. 이에 따라, 사용자는 실제 환부와 함께 실제 환부에 근접한 위치에서 환부 영상을 동시에 볼 수 있어, 환부 영상을 증강현실로 인식할 수 있다. 사용자는 환부 영상의 확인을 위해 별도의 모니터 등을 시야를 돌려 확인할 필요없이, 환부를 보며 환부 영상을 동시에 확인할 수 있다. 또한, 광학계(220)는 영상 출력부(210)에서 출력되는 환부 정보영상을 사용자에게 전달한다. 이때, 환부 정보영상이 실제 환부 및 환부 영상과 근접한 위치에 출력되어, 사용자가 실제 환부 및 환부 영상을 보는 것을 방해하지 않는 것이 바람직하다. 따라서 광학계(220)는 환부 정보영상에 대해서는 실제 환부 및 환부 영상로부터 일정 거리 떨어진 위치에서 출력되도록 사용자에게 전달한다. 예를 들어, 사용자의 시야 중심에 실제 환부 및 환부 영상이 위치하고 있다면, 환부 정보영상은 사용자의 시야 외곽에 위치할 수 있다. 광학계(220)가 환부의 실제 상 및 증강현실 영상에 대응되는 광을 사용자에게 전달하기 위한 구성에 대해서는 도 3 내지 15를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

제어부(230)는 각 구성(210 및 240)의 동작을 제어한다. 제어부(230)는 의료용 증강현실 장치(100)의 사용자로부터 각 구성의 동작 제어신호(예를 들어, 증강현실 장치의 온. 오프 등)를 수신할 수 있으며, 이에 따라, 동작하도록 각 구성을 제어할 수 있다.

전원부(240)는 각 구성(210 내지 230)에 각 구성(210 내지 230)이 동작할 수 있도록 하는 전원을 제공한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 증강현실 광학장치의 사시도와 평면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계(220)는 제1 미러부(310), 렌즈부(320, 323, 326, 329), 빔 스플리터(330), 제2 미러부(340) 및 이미지 생성부(350)를 포함한다. 도 3에는 편의상 사용자의 한쪽 동공으로 영상을 입사시키는 구성만이 도시되어 있으나, 제2 미러부(340)의 반대편(+y축 방향)에 제2 미러부(340)를 기준으로 대칭적으로 제1 미러부(310), 렌즈부(320, 323, 326, 329) 및 빔 스플리터(330)가 배치된다.

제1 미러부(310)는 영상 출력부(210)에서 출력된 광을 빔 스플리터(330) 방향으로 반사시킨다. 제1 미러부(310)는 영상 출력부(210)에서 출력된, 증강현실 영상에 대응되는 광을 빔 스플리터(330) 방향으로 반사시켜, 해당 광이 빔 스플리터(330)를 거쳐 사용자의 동공(360)으로 입사될 수 있도록 한다.

렌즈부(320, 323, 326, 329)는 제1 미러부(310)에서 반사되어 사용자의 동공(360)으로 입사하는 광을 집속시킨다. 렌즈부(320, 323, 326, 329)는 제1 미러부(310)에서 반사되어 사용자의 동공(360)으로 입사하는 광의 경로 상에 배치되어, 광이 평행광의 형태로 사용자의 동공(360)에 입사할 수 있도록 광을 집속시킨다. 이로서, 사용자는 마치 무한대의 위치에서 증강현실 영상이 출력되는 것처럼 인식할 수 있어, 증강현실 영상은 넓은 화각 범위 만큼의 화면크기와 심도가 깊고 선명한 화질 특성을 가질 수 있다. 렌즈부(320, 323, 326)는 제1 미러부(310) 및 빔 스플리터(330) 사이에 배치되어 광을 집속시키며 광 경로를 조정하고, 렌즈부(329)는 추가적으로 빔 스플리터(330)와 사용자의 동공(360) 사이에 배치되어 광을 집속시키며 광 경로를 조정할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈부는 다수의 구면 렌즈가 배치될 수 있으며, 단수 또는 소수의 비 구면 렌즈 등이 배치될 수 있다.

빔 스플리터(330)는 계면에 각각 반사면(334, 338)을 포함하는 복수의 구성(332, 336)을 구비하여, 기 설정된 파장대역의 광을 모두 반사시키고, 가시광 파장대역의 광을 분리하여 반사시키거나 투과시킨다.

빔 스플리터(330)는 제1 구성(332)과 제2 구성(336)을 포함하며, 각 구성에는 특정 파장대역의 광을 반사사키거나 투과시키는 반사면(334, 338)을 포함한다. 이때, 각 반사면(334, 338)은 각 구성의 계면(각 구성이 서로 마주하는 방향의 면)에 각각 코팅된 후 반사면 간에 서로 본딩이 될 수도 있고, 어느 하나의 반사면이 특정 구성의 계면에 코팅된 후, 다른 하나의 반사면과 다른 하나의 구성이 차례로 본딩될 수도 있다. 이처럼 빔 스플리터(330)의 각 구성(332, 336)이 공기층(Air Gap)을 갖지 않은 채 계면에 형성된 반사면(334, 338)들이 바로 본딩됨으로써, 공기층의 존재로 빔 스플리터(330)로 입사되는 광의 경로가 변하는 문제가 발생하지 않으며, 빔 스플리터(330)로 입사되는 광의 입사각에 따라 의도치않게 광이 전반사되는 문제를 방지할 수 있다.

제1 반사면(334)은 입사되는 가시광 파장대역의 광을 일정비율로 분리하여, 일부를 반사시키고 일부를 투과시킨다. 예를 들어, 제1 반사면(334)은 입사되는 가시광 파장대역의 광의 절반은 반사시키고 절반은 투과시킬 수 있다. 이에 따라, 렌즈부(320, 323, 326)를 거쳐 빔 스플리터(330)로 입사되는 증강현실 영상에 대응되는 광의 일부는 제1 반사면(334)에서 반사되어 사용자의 동공(360)으로 입사하고, 나머지는 제1 반사면(334)을 투과한다. 외부에서 입사(-x축 방향)되는 환부의 실제 상에 대응되는 광의 일부는 제1 반사면(334)에서 반사되어 제2 미러부(340)로 향하고, 나머지는 제1 반사면(334)을 투과하여 사용자의 동공(360)으로 입사한다. 한편, 제2 반사면(338)은 기 설정된 파장대역의 광을 모두 반사시키는 반면, 나머지 파장대역의 광을 모두 투과시킨다. 기 설정된 파장대역의 광, 예를 들어, 적외선 또는 자외선은 인체의 동공에 입사될 경우, 안구에 악영향을 미친다. 이에 따라, 외부(도 3에서는 빔 스플리터를 기준으로 +x축의 위치)에서 (-x축 방향으로) 입사되는 기 설정된 파장대역의 광은 제2 반사면(338)에서 반사되어 제2 미러부(340)로 향하게 되는 반면, 외부에서 입사되는 환부의 실제 상에 대응되는 광은 제2 반사면(338)을 투과하게 된다. 빔 스플리터(330)는 이러한 구조를 가짐으로써, 최소한의 부피로도 사용자에게 실제 상과 증강현실 영상을 함께 제공할 수 있다.

제2 미러부(340)는 빔 스플리터(330)로부터 반사되거나 빔 스플리터(330)를 투과한 광을 이미지 생성부(350)로 반사시킨다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 미러부(340)는 빔 스플리터(330)로부터 반사된 기 설정된 파장대역의 광이나, 빔 스플리터(330)로부터 반사되거나 빔 스플리터(330)를 투과한 가시광 파장대역의 광을 이미지 생성부(350)로 반사시킨다. 제2 미러부(340)는 밑면이 개방된 삼각형 모양으로 구현될 수 있으며, 빔 스플리터(330)를 향하는 제2 미러부(340)의 양 면은 광을 반사시킨다. 제2 미러부(340)는 양 빔 스플리터를 거쳐 입사되는 광들을 이미지 생성부(350)로 반사시키기 때문에, 하나의 이미지 생성부(350)만으로도 양 광을 모두 수광할 수 있도록 한다. 이에 따라, 광학계(220)는 이미지 생성부(350)를 하나만 사용하더라도 사용자에게 증강현실 영상의 입체감 또는 깊이감을 제공할 수 있다. 또한, 제2 미러부(340)의 밑면이 개방됨으로써, 광학계(220)를 포함하는 증강현실 장치가 사용자에 장착될 경우, 사용자로부터 이탈되지 않고 온전히 장착될 수 있도록 착용감을 향상시킬 수 있다.

이미지 생성부(350)는 제2 미러부(340)의 연직 상방(+z축)에 배치되어, 제2 미러부(340)에서 반사되는 광을 수광한다. 제2 미러부(340)에서는 (y축 상의) 양 방향에 위치한 빔 스플리터들로부터 입사되는 광들이 반사되는데, 하나의 이미지 생성부(350)만이 광학계(220) 내에 포함될 수 있다. 이미지 생성부(350)는 이들을 구분하여 각각 수광하여야 하며, 이미지 생성부(350)의 중심으로부터 양 측에 각각 기 설정된 파장대역의 광만을 센싱하는 광 센서(미도시)를 포함한다. 실질적으로 이미지 생성에 사용되는 광은 기 설정된 파장대역의 광 뿐이며 가시광 파장대역의 광은 사용되지 않으므로, 이미지 생성부(350)는 기 설정된 파장대역의 광만을 센싱하는 광 센서(미도시)를 포함한다. 이미지 생성부(350)는 양 측에 각 광 센서를 포함하여 각 방향으로 입사되는 기 설정된 파장대역의 광을 센싱하며, 센싱한 정보를 이용하여 환부 영상을 생성한다. 이미지 생성부(350)는 환부 영상을 생성하고 이를 각 영상 출력부(210)로 전달한다. 이에 따라, 각 영상 출력부(210)는 생성된 환부 영상에 대응되는 광을 출력한다. 사용자의 양안이 각각 인식하도록 복수의 광이 서로 다른 위치로 입사되더라도, 광학계(220)가 하나의 이미지 생성부(350)를 포함하여 이를 처리하기 때문에, 전체적인 광학계(220)의 부피가 감소하는 장점을 갖는다. 여기서, 기 설정된 파장은 적외선 또는 자외선 파장대역일 수 있으며, 이미지 생성부(350)는 적외선 또는 자외선 카메라로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 증강현실 광학장치로 외부로부터 가시광이 유입되는 경로를 도시한 도면이다.

외부로부터 환부의 실제 상에 대응되는 광이 환부로부터 반사되어 광학계(220)로 입사한다. 환부의 실제 상에 대응되는 광은 빔 스플리터(330)만을 거쳐 직접 사용자의 동공(360)으로 입사된다. 이때, 환부의 실제 상에 대응되는 광은 빔 스플리터(330) 내 제2 반사면(338)을 투과하나, 제1 반사면(334)을 거치며 광의 일부는 반사되고 광의 나머지 일부만이 사용자의 동공(360)으로 입사된다. 이로써, 사용자는 환부의 실제 상을 인식할 수 있다.

환자가 배치된 공간은 강한 조명이 조사되는 환경이므로, 광량의 감소없이 모든 광이 사용자의 동공(360)으로 입사될 경우, 사용자는 눈부심 현상을 겪게 될 수 있다. 환부의 실제 상에 대응되는 광이 빔 스플리터(330)를 거치며 광량이 일부 감소함으로써, 광학계(220)는 눈부심 현상을 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 증강현실 광학장치로 외부로부터 기 설정된 파장대역의 광이 유입되는 경로를 도시한 도면이다.

환부로부터 반사되어 유입되는 기 설정된 파장대역의 광은 빔 스플리터(330)로 유입되며, 제2 반사면(338)에 의해 제2 미러부(340)로 모두 반사된다. 기 설정된 파장대역의 광은 제2 미러부(340)에 의해 이미지 생성부(350)로 재반사되어 이미지 생성부(350)로 수광된다. 이미지 생성부(350)는 환부 영상을 생성한 후, 생성한 환부 영상을 영상 출력부(210)로 전달한다. 영상 출력부(210)는 환부 영상에 대응되는 광을 출력하고, 제1 미러부(310), 렌즈부(320, 323, 326, 329) 및 빔 스플리터(330)를 거쳐 사용자의 동공(360)으로 입사한다. 환부 영상에 대응되는 광은 빔 스플리터(330)의 제1 반사면(334)에서 일부가 반사되며 사용자의 동공(360)으로 입사한다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 증강현실 광학장치가 증강현실 영상을 출력하기 위한 광 경로를 도시한 도면이다.

영상 출력부(210)는 외부로부터 환부 정보영상을 전달받고, 전달받은 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력한다. 영상 출력부(210)로부터 출력된 광은 제1 미러부(310), 렌즈부(320, 323, 326, 329) 및 빔 스플리터(330)를 거쳐 사용자의 동공(360)으로 입사한다.

이에 따라, 사용자는 환부의 실제 상과 환부 영상을 동시에 볼 수 있으며, 추가적으로 환부 정보영상도 추가적으로 볼 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 증강현실 광학장치의 사시도와 평면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(220)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계(220)의 구성 중 제1 미러부(310)를 구비하지 않는다. 이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(220)와 함께 배치된 영상 출력부(210)는 렌즈부(320, 323, 326, 329)를 마주보며 배치되어, 렌즈부(320, 323, 326, 329)로 직접 광을 출력한다. 이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(220)를 포함한 증강현실 장치(100)는 상대적으로 부피가 작아질 수 있다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치의 사시도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(220)는 렌즈부(810, 815), 빔 스플리터(820) 및 이미지 생성부(830a, 830b)를 포함한다.

렌즈부(810, 815)는 렌즈부(320, 323, 326, 329)와 동일하게, 영상 출력부(210)에서 출력되어 사용자의 동공(360)으로 입사하는 광을 집속시킨다.

빔 스플리터(820)는 외부로부터 입사되는 기 설정된 파장대역의 광 모두를 이미지 생성부(830a, 830b)로 직접 반사시키며, 외부로부터 입사하는 환부의 실제 상에 대응되는 광 또는 영상 출력부(210)에서 출력된 증강현실 영상에 대응되는 (가시광 파장대역의) 광을 반사시키거나 투과시킨다. 빔 스플리터(820)는 하나의 전체 구성 내에 복수의 반사면을 포함하며, 각 반사면은 서로 상이한 방향으로 배치되어 입사되는 광을 서로 상이한 방향으로 반사시킨다. 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 빔 스플리터(820)를 기준으로 서로 다른 방향에 사용자의 동공(360)과 이미지 생성부(830a, 830b)가 각각 배치된다. 빔 스플리터(820)는 외부로부터 입사되는 기 설정된 파장대역의 광을 모두 이미지 생성부(830a, 830b)로 반사(도 8에 도시된 예로는 +z축 방향)시키는 반면, 외부로부터 입사하거나 영상 출력부(210)에서 출력된 가시광 파장대역의 광을 사용자의 동공(360, 도 8에 도시된 예로는 +x축)과 사용자의 동공 및 이미지 생성부(830a, 830b)가 위치하지 않은 나머지 방향(도 8에 도시된 예로는 +y축)으로 반사시키거나 투과시킨다. 이처럼, 빔 스플리터(820)는 입사되는 광을 서로 상이한 방향으로 반사시킴으로써, 추가적인 구성 없이도 이미지 생성부로 광을 입사시킬 수 있어, 전체적인 광학계(220)의 부피가 감소할 수 있다.

빔 스플리터(820)의 외부로부터 광이 입사되는 방향으로의 길이(a)와 외부로부터 광이 입사되는 방향을 기준으로 이미지 생성부(830a, 830b)가 위치한 방향으로 수직인 방향으로의 길이(a)는 서로 동일하다. 이로 인해, 외부로부터 입사된 광 중 가시광 파장대역의 광이 반사면을 투과하여 빔 스플리터(820)를 벗어날 때까지의 광 경로의 길이와 외부로부터 입사된 광 중 기 설정된 파장대역의 광이 반사면으로부터 반사되어 빔 스플리터(820)를 벗어날 때까지의 광 경로의 길이는 서로 동일하다.

이미지 생성부(830a, 830b)는 빔 스플리터(820)의 일 측에서 빔 스플리터(820)로부터 반사되는 기 설정된 파장대역의 광을 수광하여 환부 영상을 생성한다. 이미지 생성부(830a, 830b)는 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 따른 광학계(220)와 달리 복수 개가 포함되어 각 빔 스플리터(820)에서 반사되는 광을 각각 수광한다. 이때, 각 이미지 생성부(830a, 830b)는 사용자의 각 동공간 거리만큼 떨어져 배치된다.

또한, 이미지 생성부(830a, 830b)는 빔 스플리터(820)의 중심과 사용자의 동공(360) 간 거리(l)과 동일한 거리만큼 빔 스플리터(820)의 중심으로부터 떨어져 배치된다. 이미지 생성부(830a, 830b)가 이처럼 배치될 경우, 다음과 같은 효과를 가져올 수 있다. 외부에서 입사되는 기 설정된 파장대역의 광이 빔 스플리터(820)를 거쳐 이미지 생성부(830a, 830b)로 입사되는 광 경로의 길이(a+l)와 외부에서 입사되는 가시광 파장대역의 광이 빔 스플리터(820)를 거쳐 사용자의 동공(360)으로 입사되는 광 경로의 길이(a+l)가 서로 동일해진다. 또한, 이미지 생성부(830a, 830b)는 사용자의 각 동공간 거리만큼 떨어져 배치되기 때문에, 이에 따라, 광학계가 별도의 구성이나 후처리 공정을 갖지 않더라도, 사용자는 마치 자신이 직접 본 듯한 화각과 깊이감을 느낄 수 있으며, 이미지 생성부(830a, 830b)에서 생성되어 사용자에게 출력되는 환부 영상(증강현실 영상)은 깊이감 왜곡의 발생 없이 실제 환부와 동일한 깊이감을 표현할 수 있다. 이미지 생성부(830a, 830b)는 사용자의 동공(360)과 동일한 환경에서 광을 수광하기 때문에, 환부 영상(증강현실 영상)에서는 깊이감 왜곡이 발생하지 않는다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치 내 빔 스플리터의 반사면을 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치 내 빔 스플리터 및 빔 스플리터의 제1 반사면으로 입사되는 광의 경로를 도시한 도면이며, 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치 내 빔 스플리터 및 빔 스플리터의 제2 반사면으로 입사되는 광의 경로를 도시한 도면이다.

빔 스플리터(820)는 서로 상이한 방향으로 배치되어 입사되는 광을 서로 상이한 방향으로 반사시키는 제1 반사면(910)과 제2 반사면(920)을 포함한다. 양 반사면(910, 920)은 서로 분리되어 있지 않으며 서로 상이한 방향으로 배치됨에 따라, 하나의 빔 스플리터(820) 내에 모두 배치되어 있다.

제1 반사면(910)은 외부로부터 유입되거나 영상 출력부에서 출력된 가시광 파장대역의 광의 일부를 반사시키고 일부를 투과시킨다. 제1 반사면(910)은 외부로부터 유입된 광의 일부를 투과시켜 사용자의 동공으로 입사시키거나, 나머지를 사용자의 동공 및 이미지 생성부가 위치하지 않은 나머지 방향( +y축)으로 반사시킨다. 또한, 제1 반사면(910)은 영상 출력부에서 출력된 광의 일부를 반사시켜 사용자의 동공으로 입사시키거나, 나머지를 사용자의 동공 및 이미지 생성부가 위치하지 않은 나머지 방향( +y축)으로 투과시킨다.

제2 반사면(920)은 외부로부터 유입된 기 설정된 파장대역의 광을 모두 반사시키고, 나머지 파장대역의 광을 모두 투과시킨다. 이에 따라, 외부에서 입사되는 기 설정된 파장대역의 광은 제2 반사면(920)에서 반사되어 모두 이미지 생성부(830a, 830b)로 입사되는 반면, 외부에서 입사되는 환부의 실제 상에 대응되는 광은 제2 반사면(920)을 투과하게 된다.

제1 반사면(910)과 제2 반사면(920)을 갖는 빔 스플리터(820)는 다음과 같이 제작될 수 있다.

먼저, 어떠한 반사면도 갖지 않은 빔 스플리터(820)의 원형을 제1 반사면 또는 제2 반사면 중 어느 하나의 방향으로 절단하여, 두 부분으로 분리한다.

절단한 방향의 반사면이 가져야할 광 특성에 따른 재질을 분리한 각 부분의 계면에 코팅한다.

계면에 재질을 코팅한 후, 분리된 두 부분을 인덱스 매칭 본딩(Index Matching Bonding)한다. 각 계면에 코팅한 재질과 굴절률이 동일하거나 유사한 재질로 인덱스 매칭 본딩을 수행함으로써, 반사면에서의 광학 오차를 최소화할 수 있다.

이후, 제1 반사면 또는 제2 반사면 중 어느 하나의 반사면을 갖는 빔 스플리터를 나머지 다른 하나의 반사면 방향으로 절단하여, 다시 두 부분으로 분리한다.

절단한 반사면이 가져야할 광 특성에 따른 재질을 분리한 각 부분의 계면에 코팅하고, 다시 분리된 두 부분을 인덱스 매칭 본딩함으로써, 빔 스플리터(820)를 완성한다.

이에 따라, 빔 스플리터(820)는 하나의 전체 구성 내에 복수의 반사면을 포함할 수 있어, 부피가 최소화될 수 있다. 또한, 빔 스플리터(820)는 하나의 구성 내에서 서로 다른 방향으로 반사면을 갖기 때문에, 빔 스플리터(820)로 기 설정된 파장대역의 광이 입사할 경우, 해당 광을 모두 반사시키는 반사면에 반사되어 반사되며, 다른 반사면에 입사하여 일부가 투과되어 사용자의 동공 내로도 유입될 수 있는 문제를 발생시키지 않는다.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치로 외부로부터 가시광이 유입되는 경로를 도시한 도면이다.

외부로부터 환부의 실제 상에 대응되는 광이 환부로부터 반사되어 광학계(220)로 입사한다. 환부의 실제 상에 대응되는 광은 빔 스플리터(820)만을 거쳐 직접 사용자의 동공(360)으로 입사된다. 이로써, 사용자는 환부의 실제 상을 인식할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치로 외부로부터 기 설정된 파장대역의 광이 유입되는 경로를 도시한 도면이다.

환부로부터 반사되어 유입되는 기 설정된 파장대역의 광은 빔 스플리터(820)로 유입되며, 제2 반사면(920)에 의해 이미지 생성부(830a)로 모두 반사된다. 이미지 생성부(830a)는 환부 영상을 생성한 후, 생성한 환부 영상을 영상 출력부(210)로 전달한다. 영상 출력부(210)는 환부 영상에 대응되는 광을 출력하고, 렌즈부(810, 815) 및 빔 스플리터(820)를 거쳐 사용자의 동공(360)으로 입사한다. 환부 영상에 대응되는 광은 빔 스플리터(820)의 제1 반사면(910)에서 일부가 반사되며 사용자의 동공(360)으로 입사한다.

도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치가 증강현실 영상을 출력하기 위한 광 경로를 도시한 도면이다.

영상 출력부(210)는 외부로부터 환부 정보영상을 전달받고, 전달받은 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력한다. 영상 출력부(210)로부터 출력된 광은 렌즈부(810, 815) 및 빔 스플리터(820)를 거쳐 사용자의 동공(360)으로 입사한다.

이로써, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(220)는 렌즈, 빔 스플리터 및 이미지 생성부만을 포함하면서도, 증강현실 영상을 환부의 실제 상과 함께 출력할 수 있는 장점을 갖는다.

도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 증강현실 광학장치의 사시도이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치(220)에서 빔 스플리터(820) 대신 제1 빔 스플리터(1510)와 제2 빔 스플리터(1515)를 포함한다. 도 15a와 같이, 제1 빔 스플리터(1510)는 제2 빔 스플리터(1515)보다 영상 출력부(210)에 상대적으로 더 가까운 위치에 배치될 수도 있고, 도 15b와 같이, 제2 빔 스플리터(1515)보다 영상 출력부(210)에 상대적으로 더 먼 위치에 배치될 수도 있다

제1 빔 스플리터(1510a, 1510b)는 외부(도 15에서는 빔 스플리터들을 기준으로 -x축)에서 입사되는 기 설정된 파장대역의 광을 이미지 생성부로 모두 반사시킨다. 다만, 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치(220)와 달리, 제1 빔 스플리터(1510a, 1510b)를 기준으로 이미지 생성부는 일 방향(도 15에서는 +z축)에 배치되나, 사용자의 동공(360)은 제1 빔 스플리터(1510a, 1510b)의 일축상에 배치되지 않는다. 따라서, 제1 빔 스플리터(1510a, 1510b)는 기 설정된 파장대역의 광만을 이미지 생성부가 위치한 방향으로 반사시킨다.

제2 빔 스플리터(1515a, 1515b)는 외부(도 15에서는 빔 스플리터들을 기준으로 -x축)에서 입사되는 가시광 파장대역의 광의 일부는 반사시키고, 나머지 일부는 투과시켜 동공(360)으로 입사되도록 한다. 다만, 제2 빔 스플리터(1515a, 1515b)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치(220)와 달리, 빔 스플리터 하나의 구성 내에 배치되는 것이 아니라, 제1 빔 스플리터(1510a, 1510b)의 일 측면에 각각 배치되어 가시광 파장대역의 광을 반사시키거나 투과시킨다.

제1 빔 스플리터(1510a, 1510b) 및 제2 빔 스플리터(1515a, 1515b) 각각은 이미지 생성부의 간격 및 양안 간격과 동일한 간격을 갖도록 배치된다. 제1 빔 스플리터(1510a, 1510b) 및 제2 빔 스플리터(1515a, 1515b) 중 어느 하나는 이미지 생성부의 간격과 동알한 간격으로, 나머지 하나는 양안 간격과 동일한 간격으로 배치된다. 이에 따라, 광학계가 별도의 구성이나 후처리 공정을 갖지 않더라도, 사용자는 마치 자신이 직접 본 듯한 화각과 깊이감을 느낄 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 증강현실 광학장치(220) 내 빔 스플리터는 기 설정된 파장대역의 광과 가시광 파장대역의 광을 각각 반사시키거나 투과시키는 빔 스플리터의 구성을 분리하여 배치하기 때문에, 본 발명의 제3 실시예에 따른 증강현실 광학장치 내 빔 스플리터에 비해 다소 부피가 커지기는 하나, 제작이 용이하여 양산이 가능한 장점을 갖는다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 의료용 증강현실 장치
210: 영상 출력부
220: 광학계
230: 제어부
240: 전원부
310: 제1 미러부
320, 323, 326, 329, 810, 815: 렌즈부
330, 820: 빔 스플리터
340: 제2 미러부
350, 830a, 830b: 이미지 생성부
334, 910: 제1 반사면
338, 920: 제2 반사면
1510: 제1 빔 스플리터
1520: 제2 빔 스플리터

Claims (13)

1. 환부로부터 반사되는 기 설정된 파장대역의 광을 수광하여 환부의 이미지를 생성하는 이미지 생성부;
   상기 이미지 생성부로부터 생성된 이미지에 대응되는, 가시광 파장대역의 광을 출력하는 영상 출력부;
   상기 영상 출력부로부터 출력된 광을 반사시키는 제1 미러부;
   상기 제1 미러부에서 반사된 광을 집속시키는 렌즈부;
   외부로부터 입사되는 기 설정된 파장대역의 광을 기 설정된 방향으로 모두 반사시키고, 입사되는 가시광 파장대역의 광의 일부를 상기 기 설정된 방향 및 사용자의 동공 중 어느 하나로 투과시키고, 나머지 일부를 상기 기 설정된 방향 및 상기 사용자의 동공 중 나머지 하나로 반사시키는 빔 스플리터; 및
   상기 빔 스플리터에서 반사된 기 설정된 파장대역의 광을 상기 이미지 생성부로 재반사시키는 제2 미러부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기 설정된 파장대역의 광은,
   적외선 또는 자외선 파장대역인 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 영상 출력부는,
   외부로부터 출력할 증강현실 영상을 입력받아, 상기 증강현실 영상에 대응되는, 가시광 파장대역의 광을 추가로 출력하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 빔 스플리터는,
   외부로부터 입사되는 가시광 파장대역의 광에 대해서, 광의 일부를 상기 사용자의 동공으로 투과시키고, 나머지를 상기 기 설정된 방향으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 빔 스플리터는,
   상기 제1 미러부에서 반사되어 입사되는 가시광 파장대역의 광에 대해서, 광의 일부를 상기 사용자의 동공으로 반사시키고, 나머지를 상기 기 설정된 방향으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 빔 스플리터는,
   기 설정된 파장대역의 광을 반사시키는 반사면 및 가시광 파장대역의 광을 반사시키거나 투과시키는 반사면을 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
7. 환부로부터 반사되는 기 설정된 파장대역의 광을 수광하여 환부의 이미지를 생성하는 이미지 생성부;
   상기 이미지 생성부로부터 생성된 이미지에 대응되는, 가시광 파장대역의 광을 출력하는 영상 출력부;
   상기 영상 출력부에서 출력된 광을 집속시키는 렌즈부;
   외부로부터 입사되는 기 설정된 파장대역의 광을 기 설정된 방향으로 모두 반사시키고, 입사되는 가시광 파장대역의 광의 일부를 상기 기 설정된 방향 및 사용자의 동공 중 어느 하나로 투과시키고, 나머지 일부를 상기 기 설정된 방향 및 상기 사용자의 동공 중 나머지 하나로 반사시키는 빔 스플리터; 및
   상기 빔 스플리터에서 반사된 기 설정된 파장대역의 광을 상기 이미지 생성부로 재반사시키는 미러부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 기 설정된 파장대역의 광은,
   적외선 또는 자외선 파장대역인 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 영상 출력부는,
   외부로부터 출력할 증강현실 영상을 입력받아, 상기 증강현실 영상에 대응되는, 가시광 파장대역의 광을 추가로 출력하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
10. 제7항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는,
    외부로부터 입사되는 가시광 파장대역의 광에 대해서, 광의 일부를 상기 사용자의 동공으로 투과시키고, 나머지를 상기 기 설정된 방향으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
11. 제7항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는,
    상기 렌즈부를 거친 가시광 파장대역의 광에 대해서, 광의 일부를 상기 사용자의 동공으로 반사시키고, 나머지를 상기 기 설정된 방향으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
12. 제7항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는,
    기 설정된 파장대역의 광을 반사시키는 반사면 및 가시광 파장대역의 광을 반사시키거나 투과시키는 반사면을 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
13. 의료용 증강현실 장치에 있어서,
    환부로부터 반사되는 기 설정된 파장대역의 광을 수광하여 환부의 이미지를 생성하는 이미지 생성부;
    상기 이미지 생성부로부터 생성된 이미지에 대응되는, 가시광 파장대역의 광을 출력하는 영상 출력부;
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서의 증강현실 광학장치;
    상기 이미지 생성부, 상기 영상 출력부 및 상기 증강현실 광학장치의 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 증강현실 장치 내 각 구성으로 전원을 공급하는 전원부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 증강현실 장치.
    

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