RU2846814C1 - Three-dimensional image output device for stereoscopic image display - Google Patents
Three-dimensional image output device for stereoscopic image displayInfo
- Publication number
- RU2846814C1 RU2846814C1 RU2023116756A RU2023116756A RU2846814C1 RU 2846814 C1 RU2846814 C1 RU 2846814C1 RU 2023116756 A RU2023116756 A RU 2023116756A RU 2023116756 A RU2023116756 A RU 2023116756A RU 2846814 C1 RU2846814 C1 RU 2846814C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- head
- dimensional image
- articulated manipulator
- articulated
- display
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к устройству вывода трехмерного изображения для стереоскопического воспроизведения изображения.The invention relates to a device for outputting a three-dimensional image for stereoscopic reproduction of an image.
Системы формирования трехмерных изображений входят в состав, например, трехмерных эндоскопов или трехмерных микроскопов. Их используют, кроме того, для исследования и обработки объектов и структур в медицине, биологии, технике и материаловедении. Камера или датчик изображения зачастую представляет собой микросхему преобразователя изображения, например комплементарную МОП-структуру или прибор с зарядовой связью. Датчик изображения, также называемый устройством формирования изображения, преобразует оптические сигналы в электрические, которые затем становятся оптически видимыми для изучающего объект пользователя на экране или дисплее. Для создания трехмерного изображения система формирования трехмерных изображений записывает графические данные отдельно для левого и правого глаза пользователя. Для этого обычно служат левый канал изображения и правый канал изображения.3D imaging systems are included in, for example, 3D endoscopes or 3D microscopes. They are also used to examine and process objects and structures in medicine, biology, engineering, and materials science. The camera or image sensor is often an image converter chip, such as a complementary metal-oxide semiconductor (MOS) structure or a charge-coupled device (CCD). The image sensor, also called an imaging device, converts optical signals into electrical signals, which are then visualized on a screen or display by the user examining the object. To create a 3D image, the 3D imaging system records image data separately for the user's left and right eyes. This is typically accomplished through a left image channel and a right image channel.
С помощью устройства вывода трехмерного изображения полученные с помощью системы формирования трехмерных изображений графические данные могут быть сделаны видимыми так, что пользователь получает трехмерное впечатление об исследуемом объекте. Для этого необходимо выведение графических данных для левого глаза и графических данных для правого глаза. Предназначенные для левого глаза графические данные могут быть восприняты только левым глазом пользователя. Предназначенные для правого глаза графические данные могут быть восприняты только правым глазом пользователя. Для достижения этой цели известны различные устройства, например трехмерные дисплеи, которые отображают графические данные для левого глаза и графические данные для правого глаза. Рассматривающему объект пользователю обычно требуются специальные очки, обеспечивающие возможность восприятия предназначенных для левого глаза графических данных только левым глазом, а предназначенных для правого глаза графических данных только правым глазом. К таким очкам относятся, например, очки с поляризационным фильтром, очки с цветным фильтром, очки с интерференционным фильтром и очки с ЖК-затвором. Кроме того, известны специальные устройства отображения, которые подлежат размещению на голове пользователя в непосредственной близости от его глаз. Такие устройства отображения могут быть встроены, например, в трехмерную гарнитуру. Их также называют трехмерными видеоочками и оснащают двумя дисплеями.Using a 3D imaging device, graphic data obtained by a 3D imaging system can be made visible so that the user obtains a three-dimensional impression of the object being viewed. This requires the output of graphic data for the left eye and graphic data for the right eye. Left-eye graphic data can only be perceived by the user's left eye. Right-eye graphic data can only be perceived by the user's right eye. Various devices are known for achieving this goal, such as 3D displays that display left-eye graphic data and right-eye graphic data. The user viewing the object typically requires special glasses that allow the left-eye graphic data to be perceived only by the left eye, and the right-eye graphic data to be perceived only by the right eye. Such glasses include, for example, glasses with a polarizing filter, glasses with a color filter, glasses with an interference filter, and glasses with an LCD shutter. In addition, specialized display devices are known that are placed on the user's head, close to their eyes. Such display devices can be built into, for example, a 3D headset. They are also called 3D video glasses and are equipped with two displays.
Недостатком известных из уровня техники трехмерных дисплеев является то обстоятельство, что вследствие своих размеров они должны быть пространственно удалены от места работы системы формирования изображений. Поэтому пользователь не может видеть как место расположения системы формирования изображений, так и трехмерный дисплей без поворота головы и изменения направления взгляда. Кроме того, при ношении необходимых дополнительных очков, таких как поляризационные очки или аналогичные им очки, пользователь ограничен в своих возможностях, поскольку интенсивность света оказывается сниженной. За счет этого особые затруднения возникают при осмотре места работы, при ручном управлении системой формирования изображений и при управлении возможным дополнительным инструментом.A disadvantage of prior art 3D displays is that, due to their size, they must be spatially removed from the imaging system. Therefore, the user cannot see both the imaging system and the 3D display without turning their head and changing their gaze. Furthermore, when wearing additional necessary eyewear, such as polarized glasses or similar devices, the user's vision is limited due to reduced light intensity. This creates particular difficulties when inspecting the work area, manually operating the imaging system, and operating any additional tools.
Недостатком трехмерных гарнитур или трехмерных видеоочков является то обстоятельства, что они крепятся на голове пользователя и закрывают глаза. Пользователь не может видеть расположение системы формирования изображений, саму систему формирования изображений и любой дополнительный инструмент до тех пор, пока устройство просмотра находится на голове пользователя. При желании пользователя самостоятельно снять устройство отображения, он должен прервать исследование объекта или попросить третье лицо снять устройство отображения с головы пользователя.A disadvantage of 3D headsets or 3D video glasses is that they are attached to the user's head and obscure the eyes. The user cannot see the location of the imaging system, the imaging system itself, or any additional instruments while the viewing device is on the user's head. If the user wishes to remove the display device themselves, they must interrupt their examination of the object or ask a third party to remove the display device.
Исходя из уровня техники, задачей изобретения является создание устройства вывода трехмерного изображения для стереоскопического воспроизведения изображения, которое позволяет пользователю видеть как место работы системы формирования изображений, так и полученное посредством системы формирования изображений трехмерное изображение исследуемого объекта без существенного изменения направления взгляда.Based on the prior art, the objective of the invention is to create a three-dimensional image output device for stereoscopic image reproduction, which allows the user to see both the location of the imaging system and the three-dimensional image of the object being examined obtained by the imaging system without significantly changing the direction of view.
Эта задача решена с помощью устройства вывода трехмерного изображения для стереоскопического воспроизведения изображения с признаками п. 1 формулы изобретения. Устройство вывода отличается наличием шарнирного манипулятора и устройства визуализации. Шарнирный манипулятор имеет по меньшей мере одно звено шарнирного манипулятора, базовое шарнирное соединение и головное шарнирное соединение. Базовое шарнирное соединение может иметь одну или несколько степеней свободы. В равной мере это относится и к головному шарнирному соединению. Посредством базового шарнирного соединения шарнирный манипулятор закреплен с возможностью перемещения на основании шарнирного манипулятора. Основание шарнирного манипулятора позволяет размещать устройство вывода в помещении, например, с помощью подвижной или иным образом перемещаемой подставки или с помощью крепления к стене, потолку или полу помещения или к какому-либо предмету в помещении. Например, основание шарнирного манипулятора может быть прикреплено к конструкции, используемой для исследования с помощью трехмерного эндоскопа или трехмерного микроскопа. С помощью головного шарнирного соединения устройство визуализации может быть размещено с возможностью перемещения на шарнирном манипуляторе. Устройство визуализации включает в себя дисплейный корпус, в котором размещены левый и правый дисплеи. Дисплейный корпус оснащен соотнесенным с левым дисплеем левым смотровым окном, через которое левый дисплей может быть виден снаружи. Кроме того, дисплейный корпус оснащен соотнесенным с правым дисплеем правым смотровым окном, через которое правый дисплей может быть виден снаружи. Расстояние между левым смотровым окном и правым смотровым окном соответствует типичному расстоянию между глазами пользователя, которая также называется глазным базисом, составляет от 58 до 72 мм и в среднем равно 65 мм (Афанасьев В.А., Оптические измерения: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1981, стр. 20). Когда пользователь прикладывает голову к дисплейному корпусу, он может смотреть на левый дисплей через левое смотровое окно левым глазом и смотреть на правый дисплей через правое смотровое окно правым глазом.This problem is solved by a three-dimensional image output device for stereoscopic image reproduction with the features of claim 1. The output device is characterized by the presence of an articulated manipulator and a visualization device. The articulated manipulator has at least one articulated manipulator link, a base articulated joint, and a head articulated joint. The base articulated joint may have one or more degrees of freedom. This applies equally to the head articulated joint. By means of the base articulated joint, the articulated manipulator is movably secured to the base of the articulated manipulator. The base of the articulated manipulator allows the output device to be placed indoors, for example, using a movable or otherwise movable stand or by mounting it to a wall, ceiling, or floor of the room, or to any object in the room. For example, the base of the articulated manipulator may be attached to a structure used for examination using a three-dimensional endoscope or a three-dimensional microscope. The visualization device can be movably mounted on an articulated arm using a head hinge. The visualization device includes a display housing that houses left and right displays. The display housing has a left viewing window associated with the left display, through which the left display can be seen from the outside. The display housing also has a right viewing window associated with the right display, through which the right display can be seen from the outside. The distance between the left viewing window and the right viewing window corresponds to the typical distance between the user's eyes, also known as the ocular base, and ranges from 58 to 72 mm, averaging 65 mm (Afanasyev V.A., Optical Measurements: Textbook for Universities. 3rd ed., revised and enlarged. - Moscow: Higher School, 1981, p. 20). When the user places his head on the display housing, he can look at the left display through the left viewing window with the left eye and look at the right display through the right viewing window with the right eye.
Головное шарнирное соединение содержит первый головной вращательный шарнир, второй головной вращательный шарнир, третий головной вращательный шарнир и соединительный элемент, соединяющий второй головной вращательный шарнир с третьим головным вращательным шарниром. При этом оси вращения первого головного вращательного шарнира и второго головного вращательного шарнира ориентированы перпендикулярно друг другу, а третий головной вращательный шарнир обеспечивает вращательное перемещение устройства визуализации вокруг продольной оси устройства визуализации, имеющего удлиненную форму.The head hinge joint comprises a first head hinge, a second head hinge, a third head hinge, and a connecting element connecting the second head hinge to the third head hinge. The axes of rotation of the first head hinge and the second head hinge are oriented perpendicular to each other, and the third head hinge provides rotational movement of the imaging device around the longitudinal axis of the imaging device, which has an elongated shape.
Между левым смотровым окном и левым дисплеем могут быть размещены оптические компоненты, такие как линзы или призмы. В равной мере это относится к пространству между правым смотровым окном и правым дисплеем.Optical components, such as lenses or prisms, may be placed between the left viewing window and the left display. The same applies to the space between the right viewing window and the right display.
Левый и правый дисплеи могут быть образованы посредством двух пространственно разделенных и отдельных дисплеев. В качестве альтернативы, левый и правый дисплеи могут быть представлен областями одного дисплея.The left and right displays can be formed by two spatially separated and separate displays. Alternatively, the left and right displays can be represented by regions of a single display.
Устройство визуализации может быть подключено к любой системе формирования изображений, которая генерирует данные трехмерного изображения объекта. Прежде всего, устройство визуализации может быть соединено с трехмерным видеоэндоскопом или трехмерным микроскопом. Рассматриваемая система формирования изображений генерирует графические данные для левого глаза и для правого глаза. Эти графические данные могут быть выведены на устройство визуализации через интерфейс таким образом, что графические данные для левого глаза отображаются на левом дисплее, а графические данные для правого глаза - на правом дисплее. Таким образом, изучающий объект пользователь получает от устройства визуализации трехмерное изображение объекта. Поскольку графические данные для левого глаза отображаются на левом дисплее, а для правого глаза - на правом дисплее, и поскольку оснащенное смотровыми окнами устройство визуализации отображает визуальную информацию для левого и правого глаза по отдельности, пользователю не нужно надевать дополнительные очки, такие как очки с поляризационным фильтром, очки с цветным фильтром, очки с интерференционным фильтром или очки с ЖК-затвором. По сравнению с известными устройствами вывода, в которых все графические данные отображаются на одном дисплее, устройство вывода согласно изобретению имеет то преимущество, что пользователю не нужно надевать дополнительные очки, которые фильтруют графические данные соответственно для правого и левого глаза. Таким образом, предотвращено ухудшение обзора в плане интенсивности света всех других областей за пределами дисплея, таких как место работы трехмерного видеоэндоскопа и любого используемого совместно с ним инструмента. Кроме того, отсутствие дополнительных специальных очков означает повышенный комфорт для пользователя, а также позволяет использовать устройство визуализации тем, кто носит очки для коррекции нарушений зрения.The visualization device can be connected to any imaging system that generates three-dimensional image data of an object. In particular, the visualization device can be connected to a three-dimensional video endoscope or a three-dimensional microscope. The imaging system in question generates graphic data for the left and right eyes. This graphic data can be output to the visualization device via an interface such that the graphic data for the left eye is displayed on the left display, and the graphic data for the right eye is displayed on the right display. Thus, the user examining the object receives a three-dimensional image of the object from the visualization device. Since the graphic data for the left eye is displayed on the left display, and for the right eye on the right display, and since the visualization device, equipped with viewing windows, displays visual information for the left and right eyes separately, the user does not need to wear additional glasses, such as glasses with a polarizing filter, glasses with a color filter, glasses with an interference filter, or glasses with an LCD shutter. Compared to known output devices, in which all graphic data is displayed on a single display, the output device according to the invention offers the advantage that the user does not need to wear additional glasses to filter the graphic data for the right and left eyes respectively. This prevents the reduction in light intensity in all other areas outside the display, such as the operating area of the 3D video endoscope and any associated instruments. Furthermore, the absence of additional special glasses increases user comfort and allows the visualization device to be used by those who wear glasses for vision correction.
Имеющий базовое шарнирное соединение и головное шарнирное соединение шарнирный манипулятор обеспечивает возможность регулировки и ориентации устройства визуализации на месте его работы. Пользователь может использовать шарнирный манипулятор и два шарнира для настройки устройства визуализации согласно своим размерам тела и позе так, что ему обеспечена возможность удобного просмотра левым глазом через левое смотровое окно и правым глазом - через правое смотровое окно. Кроме того, устройство вывода также может быть автоматически подстроено под размер тела и позу пользователя. После проведения регулировки положения устройства визуализации с помощью шарнирного манипулятора, шарнирный манипулятор может быть зафиксирован. За счет этого может быть обеспечено сохранение положения устройства визуализации, также и в случае непреднамеренного касания пользователем или третьим лицом устройства визуализации или шарнирного манипулятора.The articulated arm, which features a base joint and a head joint, allows for the adjustment and orientation of the visualization device at the operating site. The user can use the articulated arm and two joints to adjust the visualization device to their body size and posture, ensuring comfortable viewing with the left eye through the left viewing window and with the right eye through the right viewing window. Furthermore, the output device can automatically adjust to the user's body size and posture. After adjusting the visualization device's position using the articulated arm, the articulated arm can be locked. This ensures that the visualization device remains in position, even if the user or a third party accidentally touches the visualization device or the articulated arm.
Пользователь видит непосредственно левым глазом отображаемую на левом дисплее визуальную информацию, а правым глазом отображаемую на правом дисплее визуальную информацию. Если система формирования изображений представляет собой трехмерный видеоэндоскоп, которым пользователь управляет вручную совместно с инструментом, он может смотреть как на место работы эндоскопа и инструмента, так и через два смотровых окна устройства визуализации на первый и второй дисплеи. Для обеспечения возможности видения и того, и другого, пользователь должен, во всяком случае, слегка повернуть голову. Для этого пользователь может отрегулировать устройство визуализации так, что для переключения между расположением эндоскопа и инструмента с одной стороны и левого и правого дисплеев с другой стороны ему достаточно слегка изменить позу и направление взгляда. В этом случае устройство визуализации удерживается шарнирным манипулятором так, что после регулировки положения и ориентации устройства визуализации руки у пользователя остаются свободными для манипулирования на месте работы. По сравнению с установленным на стене или на другом креплении единственным дисплеем, на котором все графические данные для правого и левого глаза отображаются совместно, устройство вывода согласно изобретению имеет то преимущество, что пользователю не нужно менять позу тела и направление взгляда или, во всяком случае, делать это только в незначительной мере, для перевода взгляда между видом места работы системы формирования изображений и видом устройства визуализации.The user sees the visual information displayed on the left display directly with their left eye, and the visual information displayed on the right display with their right eye. If the imaging system is a 3D video endoscope, which the user controls manually in conjunction with the instrument, they can look both at the endoscope and instrument's work area and through the two viewing windows of the visualization device at the first and second displays. To ensure the ability to see both, the user must at least slightly turn their head. To do this, the user can adjust the visualization device so that switching between the endoscope and instrument on one side and the left and right displays on the other requires only a slight change in posture and viewing direction. In this case, the visualization device is held by an articulated arm, so that after adjusting the position and orientation of the visualization device, the user's hands remain free for manipulation at the work area. Compared to a single display mounted on a wall or other mount, on which all graphic data for the right and left eyes are displayed together, the output device according to the invention has the advantage that the user does not have to change his body posture and direction of gaze, or at least do so only to a small extent, in order to shift his gaze between the view of the operating location of the imaging system and the view of the visualization device.
Поскольку устройство визуализации прикреплено к шарнирному манипулятору, а не к телу пользователя, пользователь может отойти от устройства визуализации и/или устройство визуализации может быть удалено из поля зрения пользователя в любое время. Также является возможным только мимолетное отвлечение взгляда пользователя от устройства визуализации, например для визуальной проверки правильности расположения инструмента. После завершения проверки пользователь может сразу же вернуться к просмотру устройства визуализации. По сравнению с прикрепленным к голове пользователя устройством визуализации, устройство вывода согласно изобретению имеет то преимущество, что пользователю обеспечена возможность отведения взгляда от левого и правого дисплеев без снятия для этого устройства вывода с головы руками.Because the visualization device is attached to the articulated arm rather than the user's body, the user can move away from the visualization device and/or the visualization device can be removed from the user's field of view at any time. It is also possible to briefly divert the user's gaze from the visualization device, for example, to visually check the correct positioning of a tool. After completing this check, the user can immediately return to viewing the visualization device. Compared to a visualization device attached to the user's head, the output device according to the invention has the advantage of allowing the user to divert their gaze from the left and right displays without removing the output device from their head.
Шарнирный манипулятор и/или устройство визуализации могут быть отрегулированы вручную или с помощью электропривода. При чисто ручной регулировке пользователь ориентирует шарнирный манипулятор и/или устройство визуализации своими руками так, что его положение является оптимальным для соответствующего применения. Если устройство вывода трехмерного изображения оснащено электроприводом, пользователь может перемещать шарнирный манипулятор и/или устройство визуализации в нужное положение путем включения и выключения привода. Если электропривод оснащен устройством управления, а также датчиками или измерительными преобразователями, которые регистрируют пользователя или определенные части его тела, также может быть осуществлена автоматическая регулировка устройства вывода трехмерного изображения. В этом случае для регулировки устройства вывода у пользователя отсутствует необходимость соприкосновения с шарнирным манипулятором, устройством визуализации или, в случае необходимости, с устройством ввода. В этом случае регулировка может быть выполнена бесконтактным способом.The articulated arm and/or visualization device can be adjusted manually or with a motorized drive. With purely manual adjustment, the user orients the articulated arm and/or visualization device manually to achieve the optimal position for the intended application. If the 3D image output device is equipped with a motorized drive, the user can move the articulated arm and/or visualization device to the desired position by turning the drive on and off. If the motorized drive is equipped with a control device, as well as sensors or transducers that detect the user or specific parts of their body, automatic adjustment of the 3D image output device can also be achieved. In this case, the user does not need to touch the articulated arm, visualization device, or, if necessary, the input device to adjust the output device. In this case, adjustment can be performed contactlessly.
Предпочтительно, устройство вывода трехмерного изображения совмещено с устройством формирования изображения с ручным управлением. Однако оно также может быть частью хирургического робота-ассистента.Preferably, the 3D imaging device is integrated with a manually controlled imaging device. However, it can also be part of a surgical robotic assistant.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения дисплейный корпус имеет корпусную стенку смотровых окон, в которой размещены левое и правое смотровые окна. Корпусная стенка смотровых окон имеет соответствующую форме головы пользователя кривизну. Такая форма стенки корпуса уменьшает проникновение рассеянного света, когда пользователь смотрит через два смотровых окна и приближает голову к корпусной стенке смотровых окон. Если пользователь упирается головой в корпусную стенку смотровых окон, когда он смотрит на дисплеи через два смотровых окна, корпусная стенка смотровых окон помогает пользователю удерживать голову неподвижной.According to a preferred embodiment of the invention, the display housing has a viewing window housing wall containing left and right viewing windows. The viewing window housing wall has a curvature that conforms to the shape of the user's head. This housing wall shape reduces the penetration of stray light when the user looks through the two viewing windows and brings their head close to the viewing window housing wall. If the user rests their head against the viewing window housing wall while viewing the displays through the two viewing windows, the viewing window housing wall helps keep the user's head still.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения корпусная стенка смотровых окон имеет углубление для носа между левым и правым смотровыми окнами. Это позволяет пользователю подвести глаза непосредственно к двум смотровым окнам без помех для носа.According to another preferred embodiment of the invention, the viewing window housing wall has a nasal recess between the left and right viewing windows. This allows the user to directly look at the two viewing windows without obstructing the nose.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения дисплейный корпус дополнительно оснащен по меньшей мере одной защитной блендой рассеянного света, которая предотвращает или, по меньшей мере, уменьшает проникновение рассеянного света в левое и правое смотровые окна. Защитная бленда рассеянного света может, например, располагаться на корпусной стенке смотровых окон и выступать вбок за пределы дисплейного корпуса. Когда пользователь прикладывает голову к корпусной стенке смотровых окон и смотрит через два смотровых окна, по меньшей мере одна защитная бленда рассеянного света упирается в голову пользователя в области лба и висков. В данном случае может подразумеваться непрерывная защитная бленда рассеянного света, которая обеспечивает защиту от рассеянного света с трех сторон головы пользователя. Однако могут быть предусмотрены и три отдельных защитных бленды рассеянного света: одна для области лба и две для боковых сторон головы. Защитная бленда рассеянного света может быть изготовлена из мягкого резиноподобного материала, что позволяет ей деформироваться при прижатии к голове. Таким образом, обеспечено предотвращение травмирования пользователя.According to another preferred embodiment of the invention, the display housing is further equipped with at least one diffuse light shield, which prevents or at least reduces the penetration of diffuse light into the left and right viewing windows. The diffuse light shield may, for example, be positioned on the housing wall of the viewing windows and extend laterally beyond the display housing. When the user places their head against the housing wall of the viewing windows and looks through the two viewing windows, the at least one diffuse light shield rests against the user's head in the forehead and temple area. In this case, a continuous diffuse light shield may be envisaged, providing protection from diffuse light on three sides of the user's head. However, three separate diffuse light shields may also be provided: one for the forehead area and two for the sides of the head. The diffuse light shield may be made of a soft, rubber-like material, allowing it to deform when pressed against the head. This ensures that injury to the user is prevented.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения два смотровых окна оснащены наглазниками, которые дополнительно предотвращают попадание рассеянного света в дисплейный корпус, когда пользователь смотрит через левое и правое смотровые окна.According to another preferred embodiment of the invention, the two viewing windows are equipped with eyecups that further prevent stray light from entering the display housing when the user looks through the left and right viewing windows.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, дисплейный корпус имеет левый участок корпуса, который оснащен левым дисплеем и левым смотровым окном. Кроме того, дисплейный корпус имеет правый участок корпуса, который оснащен правым дисплеем и правым смотровым окном. Левый участок корпуса, по меньшей мере, участками отделен от правого участка корпуса таким образом, что через левое смотровое окно можно смотреть только на левый дисплей, а через правое смотровое окно -только на правый дисплей. За счет этого может быть обеспечено, что смотрящий через два смотровых окна пользователь левым глазом видит только предназначенную для левого глаза информацию, а правым глазом - только предназначенную для правого глаза информацию. Левый и правый участки корпуса могут быть отделены друг от друга, например, с помощью разделителя в дисплейном корпусе. Кроме того, является возможным, что устройство визуализации выполнено в виде бинокуляра, и левый участок корпуса пространственно отделен от правого участка корпуса. В этом случае два участка корпуса выполнены в виде двух отдельных частей корпуса.According to another preferred embodiment of the invention, the display housing has a left housing section, which is equipped with a left display and a left viewing window. Furthermore, the display housing has a right housing section, which is equipped with a right display and a right viewing window. The left housing section is separated from the right housing section in at least sections such that only the left display can be viewed through the left viewing window, and only the right display can be viewed through the right viewing window. This ensures that a user looking through the two viewing windows sees only the information intended for the left eye with the left eye, and only the information intended for the right eye with the right eye. The left and right housing sections can be separated from each other, for example, by a divider in the display housing. Furthermore, it is possible for the visualization device to be designed as a binocular, and the left housing section is spatially separated from the right housing section. In this case, the two housing sections are designed as two separate housing parts.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, основание шарнирного манипулятора выполнено регулируемым по высоте так, что устройство вывода трехмерного изображения может быть приспособлено к росту пользователя.According to another preferred embodiment of the invention, the base of the articulated manipulator is height-adjustable so that the three-dimensional image output device can be adapted to the height of the user.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения для ориентирования устройства визуализации в пространстве, устройство вывода трехмерного изображения имеет по меньшей мере три вращательные степени свободы и одну поступательную степень свободы.According to another preferred embodiment of the invention, for orienting the visualization device in space, the three-dimensional image output device has at least three rotational degrees of freedom and one translational degree of freedom.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения головное шарнирное соединение с головными вращательными шарнирами выполнено таким образом, что устройство визуализации с возможностью перемещения вокруг оси вращения установлено на шарнирном манипуляторе. В этом случае устройство визуализации всегда оказывается горизонтально ориентированным под действием собственного веса. Если устройство визуализации ориентировано горизонтально, простирающаяся через центр левого смотрового окна и через центр правого смотрового окна прямая линия проходит горизонтально. Если устройство визуализации отклоняется от горизонтального положения под действием внешней силы, после устранения этой внешней силы оно автоматически возвращается в горизонтальное положение. Горизонтальная ориентация является устойчивым равновесным положением устройства визуализации. Преимуществом является то обстоятельство, что устройство визуализации соединено с головным шарнирным соединением таким образом, что его центр тяжести находится ниже оси вращения вращательного шарнира.According to another preferred embodiment of the invention, the head joint with the head rotation joints is designed such that the imaging device is movable about the axis of rotation on the articulated arm. In this case, the imaging device is always horizontally oriented due to its own weight. When the imaging device is oriented horizontally, a straight line extending through the center of the left viewing window and through the center of the right viewing window is horizontal. If the imaging device deviates from the horizontal position due to an external force, it automatically returns to the horizontal position after the external force is removed. The horizontal orientation is the stable equilibrium position of the imaging device. Advantageously, the imaging device is connected to the head joint such that its center of gravity is below the axis of rotation of the rotation joint.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения головное шарнирное соединение с головными вращательными шарнирами имеет расположенный на шарнирном манипуляторе палец и расположенный на устройстве визуализации опорный вкладыш, который охватывает палец. В качестве альтернативы, палец может быть расположен на устройстве визуализации, а охватывающий палец опорный вкладыш может быть расположен на шарнирном манипуляторе.According to another preferred embodiment of the invention, the head articulation with the head rotation joints has a pin located on the articulated arm and a support insert located on the imaging device that encloses the pin. Alternatively, the pin may be located on the imaging device, and the support insert enclosing the pin may be located on the articulated arm.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения головное шарнирное соединение помимо вращательного шарнира имеет по меньшей мере еще один шарнир, с помощью которого можно регулировать наклон устройства визуализации при горизонтальной ориентации обоих смотровых окон. Посредством регулировки наклона ориентация устройства визуализации может быть приспособлена к направлению взгляда пользователя. Преимуществом является то обстоятельство, что такая настройка может быть заблокирована от ее автоматического изменения.According to another preferred embodiment of the invention, the head joint, in addition to the rotational joint, has at least one more joint, which allows the tilt of the imaging device to be adjusted when both viewing windows are horizontally oriented. By adjusting the tilt, the orientation of the imaging device can be adapted to the user's viewing direction. Advantageously, this adjustment can be locked against automatic change.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения шарнирный манипулятор включает в себя по меньшей мере два звена шарнирного манипулятора, которые соединены друг с другом с возможностью перемещения посредством промежуточного шарнирного соединения. Промежуточное шарнирное соединение может иметь одну или несколько степеней свободы так, что звенья шарнирного манипулятора могут быть повернуты и наклонены в пространстве. Благодаря перемещению звеньев шарнирного манипулятора устройство визуализации может быть приспособлено по высоте и ориентации к положению пользователя. По сравнению с шарнирным манипулятором, имеющим только одно звено шарнирного манипулятора, шарнирный манипулятор с двумя звеньями шарнирного манипулятора имеет преимущество в увеличении числа доступных вариантов регулировки. Два звена шарнирного манипулятора могут иметь различную форму и/или могут быть изготовлены из различных материалов. Для хранения или транспортировки устройства вывода трехмерного изображения шарнирный манипулятор может быть сложен так, что два звена шарнирного манипулятора оказываются уложенными друг на друга. В таком положении шарнирный манипулятор занимает очень мало места. В варианте использования, например, первое звено шарнирного манипулятора может быть расположено вертикально вверх, а второе звено шарнирного манипулятора может быть расположено под прямым углом к первому звену шарнирного манипулятора.According to another preferred embodiment of the invention, the articulated arm includes at least two articulated arm links that are movably connected to one another via an intermediate hinge joint. The intermediate hinge joint may have one or more degrees of freedom, such that the articulated arm links can be rotated and tilted in space. By moving the articulated arm links, the visualization device can be adjusted in height and orientation to the user's position. Compared to an articulated arm with only one articulated arm link, an articulated arm with two articulated arm links has the advantage of increasing the number of available adjustment options. The two articulated arm links may have different shapes and/or may be made of different materials. For storage or transportation of the three-dimensional image output device, the articulated arm may be folded so that the two articulated arm links are stacked on top of each other. In this position, the articulated manipulator takes up very little space. For example, in a use case, the first link of the articulated manipulator could be positioned vertically upward, and the second link of the articulated manipulator could be positioned at a right angle to the first link of the articulated manipulator.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения основание шарнирного манипулятора является подвижным. В качестве подвижного основания шарнирного манипулятора может быть предусмотрена такая подвижная опора, как рама с роликами или тележка. За счет этого является возможным быстрое и легкое перемещение устройства вывода трехмерного изображения с одного места работы на другое.According to another preferred embodiment of the invention, the base of the articulated arm is movable. The movable base of the articulated arm can be a movable support such as a frame with rollers or a trolley. This allows for quick and easy movement of the 3D image display device from one workstation to another.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения основание шарнирного манипулятора оснащено крепежным устройством, с помощью которого шарнирный манипулятор является прикрепляемым к стене, потолку или полу помещения. Кроме того, основание шарнирного манипулятора с помощью крепежного устройства может быть прикреплено непосредственно к столу, прежде всего, операционному столу, или к хирургическому роботу. Шарнирный манипулятор может быть отсоединен от крепежного устройства.According to another preferred embodiment of the invention, the base of the articulated manipulator is equipped with a mounting device, allowing the articulated manipulator to be attached to a wall, ceiling, or floor of a room. Furthermore, the base of the articulated manipulator can be attached directly to a table, particularly an operating table, or to a surgical robot, using the mounting device. The articulated manipulator is detachable from the mounting device.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения шарнирный манипулятор оснащен по меньшей мере одним приводом, с помощью которого может быть отрегулирована ориентация шарнирного манипулятора и/или устройства визуализации. Привод включает в себя, например, один или несколько электродвигателей.According to another preferred embodiment of the invention, the articulated arm is equipped with at least one actuator, which can be used to adjust the orientation of the articulated arm and/or the visualization device. The actuator may include, for example, one or more electric motors.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, привод оснащен устройством управления. Устройство управления обеспечивает регулировку шарнирного манипулятора и устройства визуализации в зависимости от заранее заданных или обнаруженных с помощью датчиков или измерительных преобразователей переменных. Например, может быть обеспечена возможность регистрации естественной позы и направления взгляда пользователя, и автоматического ориентирования устройства вывода трехмерного изображения. Если, например, пользователь смотрит на управляемый им эндоскоп, это направление взгляда сохраняется при просмотре трехмерного изображения. Привод также может следовать командам устройства управления с помощью программы для позиционирования и ориентирования шарнирного манипулятора и/или устройства визуализации согласно предварительно заданными параметрами. Шарнирный манипулятор и/или устройство визуализации могут быть перемещены с помощью привода так, что у пользователя отсутствует необходимость соприкосновения с ними во время ориентирования.According to another preferred embodiment, the drive is equipped with a control device. The control device adjusts the articulated arm and the visualization device based on preset variables or variables detected using sensors or transducers. For example, the user's natural posture and gaze direction can be recorded, and the 3D image display device can be automatically oriented. For example, if the user is looking at an endoscope being controlled, this gaze direction is maintained when viewing the 3D image. The drive can also follow commands from the control device using a program to position and orient the articulated arm and/or the visualization device according to preset parameters. The articulated arm and/or the visualization device can be moved using the drive without the user having to touch them during orientation.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения устройство управления оснащено по меньшей мере одним датчиком, который регистрирует данные измерений и передает их на устройство управления. Могут быть использованы, например, оптические датчики. Они воспринимают, например, метки, которые имеются на пользователе или в помещении. В этом случае шарнирный манипулятор и/или устройство визуализации могут быть перемещены без необходимости у пользователя в соприкосновении с ними.According to another preferred embodiment of the invention, the control device is equipped with at least one sensor that records measurement data and transmits it to the control device. Optical sensors, for example, can be used. These can detect, for example, markings on the user or in the room. In this case, the articulated arm and/or the visualization device can be moved without the user having to touch them.
Согласно еще одному предпочтительному варианту воплощения, устройство управления включает в себя голосовое управление. Голосовые команды от пользователя могут быть приняты посредством микрофона и преобразованы в соответствующие сигналы управления приводом.According to another preferred embodiment, the control device includes voice control. Voice commands from the user can be received via a microphone and converted into corresponding actuator control signals.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, устройство управления включает в себя контроль перемещения. Для управления приводом перемещения пользователя подвергаются обнаружению и оценке. Для обнаружения перемещений предпочтительно используют датчики.According to another preferred embodiment, the control device includes movement monitoring. To control the drive, the user's movements are detected and evaluated. Sensors are preferably used to detect movements.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения устройство управления оснащено устройством ввода, которым пользователь может управлять вручную. Устройство ввода может быть, прежде всего, оснащено кнопками управления и рычагом управления. В этом случае регулировка шарнирного манипулятора и устройства визуализации может быть осуществлена путем ввода пользователем соответствующих команд.According to another preferred embodiment of the invention, the control device is equipped with an input device that can be manually controlled by the user. The input device may be equipped with control buttons and a control lever. In this case, adjustment of the articulated arm and the visualization device can be accomplished by the user entering appropriate commands.
Регулировка шарнирного манипулятора и устройства визуализации может быть также осуществлена исключительно вручную, путем приложения пользователем силы. Ручное управление также может быть реализовано путем непосредственного контакта пользователя с шарнирным манипулятором и/или устройством визуализации и их перемещения. Например, путем приложения головы к дисплейному корпусу и проталкивания его вперед.Adjustment of the articulated manipulator and visualization device can also be accomplished solely manually, by the user applying force. Manual control can also be achieved by direct user contact with the articulated manipulator and/or visualization device and their movement. For example, by placing their head on the display housing and pushing it forward.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения устройство вывода трехмерного изображения оснащено стопорным устройством, с помощью которого является фиксируемой заданная ориентация шарнирного манипулятора и/или устройства визуализации. С помощью стопорного устройства могут быть заблокированы базовое шарнирное соединение, головное шарнирное соединение и, в случае необходимости, промежуточное шарнирное соединение. Шарнирные соединения могут быть заблокированы по отдельности или совместно. В равной мере это относится и к обратному случаю, то есть к подвижному состоянию шарнирных соединений. Шарнирные соединения могут быть заблокированы, например, с помощью сжатого воздуха. Блокировка и разблокировка может быть вызвана переключателем или кнопкой, которые расположены на дисплейном корпусе устройства визуализации и приводятся в действие вручную. В качестве альтернативы, переключатель или кнопка могут быть расположены на полу и приводиться в действие ногой.According to another preferred embodiment of the invention, the three-dimensional image display device is equipped with a locking device, which locks the predetermined orientation of the articulated arm and/or the display device. The locking device can lock the base joint, the head joint, and, if necessary, the intermediate joint. The joints can be locked individually or together. This also applies to the reverse case, i.e., the movable state of the joints. The joints can be locked, for example, using compressed air. Locking and unlocking can be triggered by a switch or button located on the display housing of the display device and actuated manually. Alternatively, the switch or button can be located on the floor and actuated by foot.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения шарнирный манипулятор снабжен рукояткой для ручной регулировки ориентации шарнирного манипулятора. Рукоятки могут быть предусмотрены на каждом звене шарнирного манипулятора. Устройство визуализации также может быть снабжено рукояткой. В стерильной среде является очень важным ограничение возможности касания только заданными поверхностями. Рукоятка служит обеспечению именно этого требования. Остальные части шарнирного манипулятора и устройства визуализации остаются стерильными.According to another preferred embodiment of the invention, the articulated arm is equipped with a handle for manually adjusting the arm's orientation. Handles can be provided on each link of the articulated arm. The imaging device can also be equipped with a handle. In a sterile environment, it is crucial to limit contact to specified surfaces. The handle serves precisely this purpose. The remaining parts of the articulated arm and imaging device remain sterile.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения шарнирный манипулятор и/или устройство визуализации оснащены по меньшей мере одной сменной гигиенической насадкой. Гигиеническая насадка изготовлена, например, из силиконового материала. Гигиенические насадки располагаются, прежде всего, в местах соприкосновения, например на рукоятках, рычагах управления и опорных поверхностях. Для обеспечения стерильности гигиенические насадки могут быть очищены, продезинфицированы, стерилизованы или заменены после каждого применения.According to another preferred embodiment of the invention, the articulated arm and/or the imaging device are equipped with at least one replaceable hygienic attachment. The hygienic attachment is made, for example, of silicone. Hygienic attachments are located primarily at points of contact, such as handles, control levers, and support surfaces. To ensure sterility, the hygienic attachments can be cleaned, disinfected, sterilized, or replaced after each use.
Для этого, например, предусмотрены легко клеящиеся или вставные жесткие или гибкие силиконовые компоненты. Они также могут быть привинчены к опорным поверхностям. Кроме того, силиконовые компоненты являются податливыми под давлением и могут быть приспособлены к контурам пользователя, что создает дополнительный комфорт. Другие части устройства вывода, как правило, заключены в стерильный чехол или в стерильную оболочку и предохранены от касаний.For this purpose, for example, easily adhesive or insertable rigid or flexible silicone components are provided. They can also be screwed to supporting surfaces. Furthermore, silicone components are pliable under pressure and can be adjusted to the user's contours, providing additional comfort. Other parts of the output device are typically enclosed in a sterile sheath or sterile cover and protected from contact.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения устройство вывода трехмерного изображения оснащено системой формирования изображений. В области медицины системы формирования изображений представляют собой, прежде всего, эндоскопы, микроскопы, лапароскопы, ультразвуковые приборы, рентгеновские аппараты или другие медицинские системы формирования изображений. Система формирования изображений захватывает изображения для левого глаза пользователя с помощью левого оптического канала и изображения для правого глаза пользователя с помощью правого оптического канала. Изображения передаются на устройство визуализации. Для этого внутри шарнирного манипулятора могут быть предусмотрены идущие в направлении устройства визуализации подводящие линии. Записанные изображения также могут быть переданы на устройство визуализации через интерфейсы, например беспроводные. Последний способ, прежде всего, является уместным, когда захваченные изображения должны быть переданы на устройство визуализации, которое не находится в том же помещении, что и исследуемый объект, или когда они должны быть переданы на несколько устройств визуализации.According to another preferred embodiment of the invention, the three-dimensional image output device is equipped with an imaging system. In the medical field, imaging systems are primarily endoscopes, microscopes, laparoscopes, ultrasound devices, X-ray machines, or other medical imaging systems. The imaging system captures images for the user's left eye via the left optical channel and images for the user's right eye via the right optical channel. The images are transmitted to a visualization device. For this purpose, supply lines leading toward the visualization device may be provided within the articulated arm. The recorded images can also be transmitted to the visualization device via interfaces, such as wireless ones. The latter method is particularly suitable when the captured images are to be transmitted to a visualization device that is not located in the same room as the object being examined, or when they are to be transmitted to multiple visualization devices.
Другие преимущества и предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в последующем описании, на чертеже и в формуле изобретения.Other advantages and preferred embodiments of the invention are presented in the following description, in the drawing and in the claims.
ЧертежDrawing
На чертеже показан вариант осуществления объекта изобретения. Показано на:The drawing shows an embodiment of the subject matter of the invention. Shown on:
Фиг. 1 - устройство вывода трехмерного изображения, на виде в перспективе,Fig. 1 - a device for displaying a three-dimensional image, in perspective view,
Фиг. 2 - устройство визуализации и участок шарнирного манипулятора устройства вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1,Fig. 2 - a visualization device and a section of the articulated manipulator of the three-dimensional image output device according to Fig. 1,
Фиг. 3 - расположенное на столе устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1, на виде в перспективе,Fig. 3 - a three-dimensional image output device located on a table according to Fig. 1, in a perspective view,
Фиг. 4 - устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1 с повернутым в сторону устройством визуализации, на виде сбоку,Fig. 4 - a three-dimensional image output device according to Fig. 1 with the visualization device turned to the side, in a side view,
Фиг. 5 - устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 4, на виде сверху,Fig. 5 - a device for outputting a three-dimensional image according to Fig. 4, in a top view,
Фиг. 6 - устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1 с повернутым устройством визуализации, на виде сбоку,Fig. 6 - a three-dimensional image output device according to Fig. 1 with a rotated visualization device, in a side view,
Фиг. 7 - устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 6, на виде сверху,Fig. 7 - a three-dimensional image output device according to Fig. 6, in a top view,
Фиг. 8 - устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1 с повернутым звеном шарнирного манипулятора в составе шарнирного манипулятора, на виде сбоку,Fig. 8 - a three-dimensional image output device according to Fig. 1 with a rotated link of the articulated manipulator as part of the articulated manipulator, in a side view,
Фиг. 9 - устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 8, на виде сверху,Fig. 9 - a three-dimensional image output device according to Fig. 8, in a top view,
Фиг. 10 - устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1 с наклоненным вверх устройством визуализации, на виде сбоку,Fig. 10 - a three-dimensional image output device according to Fig. 1 with an upwardly tilted visualization device, in a side view,
Фиг. 11 - устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 10, на виде сверху,Fig. 11 - a three-dimensional image output device according to Fig. 10, in a top view,
Фиг. 12 - устройство визуализации устройства вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1, на виде в перспективе,Fig. 12 - a visualization device of the three-dimensional image output device according to Fig. 1, in a perspective view,
Фиг. 13 - устройство визуализации устройства вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1, на виде спереди,Fig. 13 - a visualization device of the three-dimensional image output device according to Fig. 1, in a front view,
Фиг. 14 - устройство визуализации устройства вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1, на виде сбоку,Fig. 14 - a visualization device of the three-dimensional image output device according to Fig. 1, in a side view,
Фиг. 15 - устройство визуализации устройства вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1, на виде сверху,Fig. 15 - a visualization device of the three-dimensional image output device according to Fig. 1, in a top view,
Фиг. 16 - устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1 с сидящим за столом пользователем, на виде сбоку,Fig. 16 - a three-dimensional image output device according to Fig. 1 with a user sitting at a table, in a side view,
Фиг. 17 - устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1 со стоящим у стола пользователем, на виде сбоку.Fig. 17 - a three-dimensional image output device according to Fig. 1 with a user standing at the table, in a side view.
Описание примера осуществленияDescription of an example of implementation
На фиг. 1 показано на виде в перспективе устройство 1 вывода трехмерного изображения, имеющее шарнирный манипулятор 2, а также размещенное на шарнирном манипуляторе 2 с возможностью перемещения устройство 7 визуализации. Шарнирный манипулятор 2 установлен с возможностью перемещения на основании 5 шарнирного манипулятора. Основание 5 шарнирного манипулятора представляет собой передвижную тележку для оборудования с блокируемыми двойными поворотными роликами 29. Основание 5 шарнирного манипулятора имеет стойку 21, имеющую подставку 28 и несколько размещенных на подставке 28 двойных поворотных роликов 29, по меньшей мере один из которых является блокируемым. На стойке 21 основания 5 шарнирного манипулятора установлен с возможностью вращения вокруг продольной оси регулируемый по высоте вал 19. Этот вал является частью основания 5 шарнирного манипулятора. Вращательное перемещение вала 19 относительно стойки 21 обозначено буквой а. При перемещении вала 19 вверх или вниз шарнирный манипулятор 2 соответственно перемещается вверх или вниз. Таким образом, шарнирный манипулятор 2 может быть отрегулирован согласно росту пользователя. На стойке 21 размещено несколько полок 22 под оборудование для хранения оборудования и инструментов, прежде всего, инструментов для визуализации. Шарнирный манипулятор 2 состоит из трех звеньев шарнирного манипулятора, а именно: первого звена 3а шарнирного манипулятора, второго звена 3b шарнирного манипулятора и третьего звена 3с шарнирного манипулятора.Fig. 1 shows a perspective view of a device 1 for displaying a three-dimensional image, which has an articulated manipulator 2, and a visualization device 7 movably mounted on the articulated manipulator 2. The articulated manipulator 2 is movably mounted on a base 5 of the articulated manipulator. The base 5 of the articulated manipulator is a mobile cart for equipment with lockable double swivel rollers 29. The base 5 of the articulated manipulator has a post 21, which has a support 28 and several double swivel rollers 29 mounted on the support 28, at least one of which is lockable. A height-adjustable shaft 19 is mounted on the post 21 of the base 5 of the articulated manipulator so as to be rotatable about a longitudinal axis. This shaft is part of the base 5 of the articulated manipulator. The rotational movement of the shaft 19 relative to the post 21 is designated by the letter a. When shaft 19 moves up or down, articulated arm 2 moves up or down accordingly. Thus, articulated arm 2 can be adjusted to the user's height. Several shelves 22 are located on stand 21 for storing equipment and tools, primarily visualization tools. Articulated arm 2 consists of three articulated arm links: first articulated arm link 3a, second articulated arm link 3b, and third articulated arm link 3c.
Один конец первого звена 3а шарнирного манипулятора соединен с возможностью перемещения с основанием 5 шарнирного манипулятора посредством базового шарнирного соединения, которое расположено в указанной ссылочным обозначением 4 на фиг. 1 положении. Базовый шарнир представляет собой вращательный шарнир с одной степенью свободы. Для этого вал 19 имеет на своем обращенном к первому звену 3а шарнирного манипулятора конце вилкообразное гнездо, в которое первое звено 3а шарнирного манипулятора входит с возможностью вращения вокруг непоказанной на чертеже оси. Эта ось образует вторую ось вращения шарнирного манипулятора 2. Вращательное перемещение базового шарнирного соединения обозначено буквой b.One end of the first link 3a of the articulated manipulator is movably connected to the base 5 of the articulated manipulator by means of a base hinge joint, which is located in the position indicated by the reference designation 4 in Fig. 1. The base hinge is a rotational hinge with one degree of freedom. For this purpose, the shaft 19 has a fork-shaped socket at its end facing the first link 3a of the articulated manipulator, into which the first link 3a of the articulated manipulator enters with the ability to rotate around an axis not shown in the drawing. This axis forms the second axis of rotation of the articulated manipulator 2. The rotational movement of the base hinge joint is designated by the letter b.
Конец обращенного от основания шарнирного манипулятора первого звена 3а шарнирного манипулятора соединен с возможностью перемещения с концом второго звена 3b шарнирного манипулятора посредством первого промежуточного вращательного шарнира. Положение первого промежуточного вращательного шарнира указано посредством ссылочного обозначения 20а. Первый промежуточный вращательный шарнир образует третью ось вращения шарнирного манипулятора 2. Вращательное перемещение первого промежуточного вращательного шарнира обозначено буквой с. Геометрические оси вращения базового шарнирного соединения и первого промежуточного вращательного шарнира являются параллельными. Из этого следует, что первое звено 3а шарнирного манипулятора и второе звено 3b шарнирного манипулятора перемещаются в общей плоскости.The end of the first link 3a of the articulated manipulator facing away from the base is movably connected to the end of the second link 3b of the articulated manipulator by means of a first intermediate rotational joint. The position of the first intermediate rotational joint is indicated by the reference designation 20a. The first intermediate rotational joint forms the third axis of rotation of the articulated manipulator 2. The rotational movement of the first intermediate rotational joint is designated by the letter c. The geometric axes of rotation of the base hinge joint and the first intermediate rotational joint are parallel. It follows from this that the first link 3a of the articulated manipulator and the second link 3b of the articulated manipulator move in a common plane.
Обращенный от первого звена 3а шарнирного манипулятора конец второго звена 3b шарнирного манипулятора соединен с возможностью перемещения с концом третьего звена 3с шарнирного манипулятора посредством второго промежуточного вращательного шарнира. Положение второго промежуточного вращательного шарнира указано посредством ссылочного обозначения 20b. Второй промежуточный вращательный шарнир образует четвертую ось вращения шарнирного манипулятора 2. Вращательное перемещение второго промежуточного вращательного шарнира обозначено буквой d. Геометрическая ось вращения второго промежуточного вращательного шарнира простирается перпендикулярно геометрическим осям вращения базового вращательного шарнира и первого промежуточного вращательного шарнира. Перемещение третьего звена 3с шарнирного манипулятора относительно второго звена 3b шарнирного манипулятора вокруг второго промежуточного вращательного шарнира не приводит к изменению угла между этими двумя звеньями шарнирного манипулятора, но приводит к повороту третьего звена 3с шарнирного манипулятора вокруг его продольной оси.The end of the second link 3b of the articulated manipulator facing away from the first link 3a of the articulated manipulator is movably connected to the end of the third link 3c of the articulated manipulator by means of a second intermediate rotational joint. The position of the second intermediate rotational joint is indicated by the reference designation 20b. The second intermediate rotational joint forms the fourth axis of rotation of the articulated manipulator 2. The rotational movement of the second intermediate rotational joint is designated by the letter d. The geometric axis of rotation of the second intermediate rotational joint extends perpendicular to the geometric axes of rotation of the base rotational joint and the first intermediate rotational joint. The movement of the third link 3c of the articulated manipulator relative to the second link 3b of the articulated manipulator around the second intermediate rotational joint does not lead to a change in the angle between these two links of the articulated manipulator, but leads to the rotation of the third link 3c of the articulated manipulator around its longitudinal axis.
Первый промежуточный вращательный шарнир и второй промежуточный вращательный шарнир являются, подобно базовому шарнирному соединению, вращательными шарнирами с одной степенью свободы.The first intermediate rotational joint and the second intermediate rotational joint are, like the basic hinge joint, rotational joints with one degree of freedom.
Обращенный от второго звена 3b шарнирного манипулятора конец третьего звена 3с шарнирного манипулятора соединен с устройством 7 визуализации посредством головного шарнирного соединения. Положение головного шарнирного соединения указано посредством ссылочного обозначения 6. Головное шарнирное соединение состоит из первого головного вращательного шарнира 18а, второго головного вращательного шарнира 18b, третьего головного вращательного шарнира 18с и соединительного элемента 17, соединяющего второй головной вращательный шарнир 18b с третьим головным вращательным шарниром 18с. Первый, второй и третий головные вращательные шарниры 18а, 18b, 18с образуют пятую, шестую и седьмую оси вращения шарнирного манипулятора 2. Обеспечиваемое посредством первого головного вращательного шарнира 18а вращательное перемещение обозначено буквой е. Обеспечиваемое посредством второго головного вращательного шарнира 18b вращательное перемещение обозначено буквой f. Обеспечиваемое посредством третьего головного вращательного шарнира 18 с вращательное перемещение обозначено буквой g. Геометрические оси вращения первого головного вращательного шарнира 18а и второго головного вращательного шарнира 18b ориентированы перпендикулярно друг другу. Таким образом, геометрическая ось вращения первого головного вращательного шарнира 18а простирается горизонтально, а геометрическая ось вращения второго головного вращательного шарнира 18b - вертикально. Первый головной вращательный шарнир 18а и второй головной вращательный шарнир 18b имеют по одной степени свободы.The end of the third link 3c of the articulated manipulator facing away from the second link 3b is connected to the visualization device 7 by means of a head hinge joint. The position of the head hinge joint is indicated by reference designation 6. The head hinge joint consists of a first head rotational hinge 18a, a second head rotational hinge 18b, a third head rotational hinge 18c and a connecting element 17 connecting the second head rotational hinge 18b with the third head rotational hinge 18c. The first, second and third head rotational hinges 18a, 18b, 18c form the fifth, sixth and seventh axes of rotation of the articulated manipulator 2. The rotational movement provided by the first head rotational hinge 18a is designated by the letter e. The rotational movement provided by the second head rotational hinge 18b is designated by the letter f. The rotational movement provided by the third head rotary joint 18c is designated by the letter g. The geometric axes of rotation of the first head rotary joint 18a and the second head rotary joint 18b are oriented perpendicular to each other. Thus, the geometric axis of rotation of the first head rotary joint 18a extends horizontally, and the geometric axis of rotation of the second head rotary joint 18b extends vertically. The first head rotary joint 18a and the second head rotary joint 18b each have one degree of freedom.
Соединительный элемент 17 имеет второй головной вращательный шарнир 18b на первом конце и третий головной вращательный шарнир 18с на втором конце, противоположном первому концу. Третий головной вращательный шарнир 18 с обеспечивает вращательное перемещение устройства 7 визуализации вокруг продольной оси L имеющего в данном случае удлиненную форму устройства 7 визуализации. Продольная ось L устройства 7 визуализации показана пунктирной линией.The connecting element 17 has a second head rotational joint 18b at the first end and a third head rotational joint 18c at the second end opposite the first end. The third head rotational joint 18c provides rotational movement of the visualization device 7 around the longitudinal axis L of the visualization device 7, which in this case has an elongated shape. The longitudinal axis L of the visualization device 7 is shown by a dotted line.
В целом, шарнирный манипулятор 2 имеет во вращательном шарнире основания 5 шарнирного манипулятора, в базовом шарнирном соединении, в первом головном вращательном шарнире 18а, во втором головном вращательном шарнире 18b, в третьем головном вращательном шарнире 18с, в первом промежуточном вращательном шарнире и во втором промежуточном вращательном шарнире семь осей вращения, которые позволяют регулировать устройство 7 визуализации. Благодаря размещенному в стойке 21 регулируемому по высоте валу 19 также обеспечена линейная степень свободы.In general, the articulated manipulator 2 has seven axes of rotation in the rotational joint of the base 5 of the articulated manipulator, in the base joint, in the first head rotational joint 18a, in the second head rotational joint 18b, in the third head rotational joint 18c, in the first intermediate rotational joint and in the second intermediate rotational joint, which allow for the adjustment of the visualization device 7. A linear degree of freedom is also ensured by the height-adjustable shaft 19 located in the stand 21.
Звенья 3а, 3b, 3с шарнирного манипулятора в составе шарнирного манипулятора 2 и устройство 7 визуализации могут быть приведены к перемещению и ориентированы посредством ручной передачи усилия пользователем или с поддержкой посредством привода. Такой привод на чертеже не показан. При этом все или только некоторые шарнирные соединения шарнирного манипулятора 2 подлежат приведению к перемещению для перемещения шарнирного манипулятора 2 и устройства 7 визуализации из первого положения во второе положение. В заданном положении шарнирные соединения шарнирного манипулятора 2 могут быть заблокированы с помощью непоказанного на фиг. 1 стопорного устройства.The links 3a, 3b, 3c of the articulated manipulator as part of the articulated manipulator 2 and the visualization device 7 may be moved and oriented by manual force transmission by the user or with the support of a drive. Such a drive is not shown in the drawing. In this case, all or only some of the articulated joints of the articulated manipulator 2 are subject to movement in order to move the articulated manipulator 2 and the visualization device 7 from the first position to the second position. In a given position, the articulated joints of the articulated manipulator 2 may be locked using a locking device not shown in Fig. 1.
Когда первое звено 3а шарнирного манипулятора оказывается перемещенным посредством базового шарнирного соединения, между стойкой 21 и первым звеном 3а шарнирного манипулятора образуется острый или тупой угол. Если базовое шарнирное соединение шарнирного манипулятора 2 заблокировано посредством сжатого воздуха, первое звено 3а шарнирного манипулятора остается в фиксированном положении до тех пор, когда блокировка базового шарнирного соединения окажется снятой, и первое звено 3а шарнирного манипулятора окажется перемещенным. Это относится и к другим шарнирным соединениям и звеньям 3b, 3с шарнирного манипулятора в составе шарнирного манипулятора 2.When the first link 3a of the articulated manipulator is moved by means of the base hinge joint, an acute or obtuse angle is formed between the post 21 and the first link 3a of the articulated manipulator. If the base hinge joint of the articulated manipulator 2 is locked by compressed air, the first link 3a of the articulated manipulator remains in a fixed position until the lock of the base hinge joint is released and the first link 3a of the articulated manipulator is moved. This also applies to the other hinge joints and links 3b, 3c of the articulated manipulator within the articulated manipulator 2.
Если первый промежуточный вращательный шарнир заблокирован посредством сжатого воздуха, а базовое шарнирное соединение - нет, то угол, под которым первое звено 3а шарнирного манипулятора и второе звено 3b шарнирного манипулятора прилегают друг к другу, остается неизменным также и в том случае, когда первое звено 3а шарнирного манипулятора приводится к перемещению посредством базового шарнирного соединения. В этом случае второе звено 3b шарнирного манипулятора оказывается перемещенным посредством базового шарнирного соединения. Когда все шарнирные соединения шарнирного манипулятора 2 заблокированы, шарнирный манипулятор 2 и устройство 7 визуализации теряют способность к перемещению, также и при непреднамеренном касании пользователем шарнирного манипулятора 2 или устройства 7 визуализации.If the first intermediate rotary joint is locked by means of compressed air, but the base articulation joint is not, then the angle at which the first link 3a of the articulated manipulator and the second link 3b of the articulated manipulator are adjacent to each other remains unchanged even in the case where the first link 3a of the articulated manipulator is driven to move by means of the base articulation joint. In this case, the second link 3b of the articulated manipulator is moved by means of the base articulation joint. When all articulation joints of the articulated manipulator 2 are locked, the articulated manipulator 2 and the visualization device 7 lose their ability to move, even if the user inadvertently touches the articulated manipulator 2 or the visualization device 7.
Благодаря семи осям вращения шарнирного манипулятора 2 обеспечена возможность быстрого и легкого ориентирования устройства 7 визуализации также и при выполнении сложных перемещений шарнирного манипулятора 2.Thanks to the seven axes of rotation of the articulated manipulator 2, the possibility of quick and easy orientation of the visualization device 7 is ensured even when performing complex movements of the articulated manipulator 2.
На фиг. 2 показан подробный вид головного шарнирного соединения 6. Головное 6 шарнирное соединение состоит из первого головного вращательного шарнира 18а, второго головного вращательного шарнира 18b и третьего головного вращательного шарнира 18с. Первый головной вращательный шарнир 18а неподвижно соединен со вторым головным вращательным шарниром 18b посредством соединительного элемента 22. Вращение вокруг оси вращения первого головного вращательного шарнира 18а принуждает соединительный элемент 22 и второй головной вращательный шарнир 18b к перемещению вверх или вниз. Второй головной вращательный шарнир 18b принимает один конец соединительного элемента 17 так, что он может быть повернут посредством второго головного вращательного шарнира 18b. Обращенный от второго головного вращательного шарнира 18b конец соединительного элемента 17 принимает третий головной вращательный шарнир 18с, посредством которого он соединен с возможностью перемещения с устройством 7 визуализации. Для этого на устройстве 7 визуализации предусмотрена неподвижно привинченная пластина 24. Подробности этого показаны на фиг. 12. Для ориентирования устройства 7 визуализации в трехмерном пространстве звенья 3а, 3b, 3с шарнирного манипулятора, а также устройство визуализации могут быть перемещены вокруг различных вращательных шарниров согласно стрелкам b, с, d, е, f и g.Fig. 2 shows a detailed view of the head hinge joint 6. The head hinge joint 6 consists of a first head rotational hinge 18a, a second head rotational hinge 18b and a third head rotational hinge 18c. The first head rotational hinge 18a is fixedly connected to the second head rotational hinge 18b by means of a connecting element 22. Rotation about the axis of rotation of the first head rotational hinge 18a forces the connecting element 22 and the second head rotational hinge 18b to move up or down. The second head rotational hinge 18b receives one end of the connecting element 17 so that it can be rotated by means of the second head rotational hinge 18b. The end of the connecting element 17 facing away from the second head rotational hinge 18b receives the third head rotational hinge 18c, by means of which it is movably connected to the visualization device 7. For this purpose, a fixedly screwed plate 24 is provided on the visualization device 7. The details of this are shown in Fig. 12. To orient the visualization device 7 in three-dimensional space, the links 3a, 3b, 3c of the articulated manipulator, as well as the visualization device, can be moved around various rotational joints according to arrows b, c, d, e, f and g.
Фиг. 3 показывает устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1, которое размещено на столе 25. Основание 5 шарнирного манипулятора размещено на полу так, что стойка 21 основании шарнирного манипулятора размещена частично под столом 25 и частично над ним. Устройство 7 визуализации размещено над столом 25. При перемещении первого звена 3а шарнирного манипулятора размещенное в указанном посредством ссылочного обозначения 4 положении базовое шарнирное соединение принуждает первое 3а звено шарнирного манипулятора к приближению к поверхности стола 25 или к удалению от него. При перемещении второго звена 3b шарнирного манипулятора относительно первого звена 3а шарнирного манипулятора устройство 7 визуализации оказывается перемещенным в направлении пунктирной двойной стрелки. В данном случае верхняя сторона устройства 7 визуализации размещена горизонтально относительно поверхности стола 25, на расстоянии от нее.Fig. 3 shows the three-dimensional image output device according to Fig. 1, which is placed on the table 25. The base 5 of the articulated manipulator is placed on the floor so that the column 21 of the base of the articulated manipulator is located partially under the table 25 and partially above it. The visualization device 7 is placed above the table 25. When the first link 3a of the articulated manipulator is moved, the base articulation joint located in the position indicated by the reference designation 4 forces the first link 3a of the articulated manipulator to approach the surface of the table 25 or to move away from it. When the second link 3b of the articulated manipulator is moved relative to the first link 3a of the articulated manipulator, the visualization device 7 is moved in the direction of the dotted double arrow. In this case, the upper side of the visualization device 7 is placed horizontally relative to the surface of the table 25, at a distance from it.
На фиг. 4 и 5 показано на видах сбоку и сверху устройство 1 вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1 с ориентированным горизонтально и повернутым в сторону устройством 7 визуализации. Горизонтальная ориентация устройства 7 визуализации обозначена двумя пунктирными линиями, одна из которых представляет ориентацию пола, на котором размещено основание 5 шарнирного манипулятора, а другая ориентацию устройства 7 визуализации. Боковое поворотное перемещение устройства 7 визуализации вызвано перемещением соединительного элемента 17 вокруг первого головного вращательного шарнира 18b. Устройство 7 визуализации может быть повернуто в сторону, прежде всего, когда оно должно быть кратковременно удалено из поля зрения пользователя.Fig. 4 and 5 show the three-dimensional image output device 1 according to Fig. 1 in side and top views with the visualization device 7 oriented horizontally and turned to the side. The horizontal orientation of the visualization device 7 is indicated by two dashed lines, one of which represents the orientation of the floor on which the base 5 of the articulated manipulator is placed, and the other the orientation of the visualization device 7. The lateral rotational movement of the visualization device 7 is caused by the movement of the connecting element 17 around the first head rotational joint 18b. The visualization device 7 can be turned to the side, especially when it needs to be briefly removed from the user's field of view.
На фиг. 6 и 7 на видах сверху и сбоку показано устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1 с повернутым вокруг оси вращения третьего головного вращательного шарнира 18с устройством 7 визуализации. Ось вращения третьего головного вращательного шарнира 18с расположена соосно продольной оси L устройства 7 визуализации. Третий головной вращательный шарнир 18с расположен на обращенном к устройству 7 визуализации конце соединительного элемента 17. В отличие от предшествующих чертежей, верхняя сторона устройства 7 визуализации более не ориентирована горизонтально относительно пола. Если третий головной вращательный шарнир 18 с заблокирован, устройство 7 визуализации остается в этом, повернутом вокруг оси вращения третьего головного вращательного шарнира 18с положении. Если блокировка третьего головного вращательного шарнира 18с снята, верхняя сторона устройства 7 визуализации самостоятельно поворачивается под действием силы тяжести в равновесное, ориентированное горизонтально относительно пола положение. Ориентация повернутого вокруг оси вращения третьего головного вращательного шарнира 18с устройства 7 визуализации является особо выгодной в том случае, когда непоказанная на фиг. 6 система формирования изображений должна быть повернута в подлежащем исследованию объекте, и пользователь желает следить взглядом за вращением системы формирования изображений.In Fig. 6 and 7, the three-dimensional image output device according to Fig. 1 is shown in top and side views with the visualization device 7 rotated around the axis of rotation of the third head rotational joint 18c. The axis of rotation of the third head rotational joint 18c is located coaxially with the longitudinal axis L of the visualization device 7. The third head rotational joint 18c is located at the end of the connecting element 17 facing the visualization device 7. In contrast to the previous drawings, the upper side of the visualization device 7 is no longer oriented horizontally relative to the floor. If the third head rotational joint 18c is locked, the visualization device 7 remains in this position, rotated around the axis of rotation of the third head rotational joint 18c. If the lock of the third head rotational joint 18c is released, the upper side of the visualization device 7 rotates independently under the action of gravity into an equilibrium position oriented horizontally relative to the floor. The orientation of the third head rotational joint 18c of the visualization device 7, rotated around the axis of rotation, is particularly advantageous in the case where the imaging system, not shown in Fig. 6, must be rotated in the object to be examined, and the user wishes to follow the rotation of the imaging system with his gaze.
На фиг. 8 и 9 показан пример осуществления, в котором второе звено 3b шарнирного манипулятора дополнительно закреплено на первом звене 3а шарнирного манипулятора таким образом, что оно способно к повороту вокруг вертикальной оси вращения, или второе звено 3b шарнирного манипулятора как таковое имеет дополнительное шарнирное соединение. На фиг. 8 и 9 показан поворот второго звена 3b шарнирного манипулятора относительно первого звена 3а шарнирного манипулятора вокруг такого вращательного шарнира.Fig. 8 and 9 show an embodiment example in which the second link 3b of the articulated manipulator is additionally secured to the first link 3a of the articulated manipulator in such a way that it is capable of rotation around a vertical axis of rotation, or the second link 3b of the articulated manipulator as such has an additional hinge joint. Fig. 8 and 9 show the rotation of the second link 3b of the articulated manipulator relative to the first link 3a of the articulated manipulator around such a rotational joint.
На фиг. 10 и 11 на видах сбоку и сверху показано устройство вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1 с повернутым вокруг оси вращения первого головного вращательного шарнира 18а и, таким образом, наклоненным вверх устройством 7 визуализации. При повороте устройства 7 визуализации вокруг оси вращения первого головного вращательного шарнира 18а второй головной вращательный шарнир 18b перемещается вверх так, что второй головной вращательный шарнир 18b располагается над первым головным вращательным шарниром 18а. Наклонное расположение устройства 7 визуализации является особо выгодным в том случае, когда пользователь стоит прямо и смотрит сверху в левое и правое смотровые окна 11, 12 устройства 7 визуализации на подлежащий исследованию объект.In Fig. 10 and 11, the three-dimensional image output device according to Fig. 1 is shown in side and top views with the visualization device 7 rotated around the axis of rotation of the first head rotation joint 18a and thus tilted upward. When the visualization device 7 is rotated around the axis of rotation of the first head rotation joint 18a, the second head rotation joint 18b moves upward so that the second head rotation joint 18b is located above the first head rotation joint 18a. The tilted arrangement of the visualization device 7 is particularly advantageous in the case where the user stands upright and looks from above through the left and right viewing windows 11, 12 of the visualization device 7 at the object to be examined.
На фиг. 12 устройство 7 визуализации показано на виде в перспективе. Хорошо видно, что пластина 24 прикреплена к верхней части устройства 7 визуализации посредством четырех винтов. Пластина расположена по существу заподлицо с боковыми краями верхней части устройства 7 визуализации. На заднем конце пластины имеется палец 23, который принят с возможностью вращения в непоказанном на фиг. 12 соединительном элементе 17. На дисплейном корпусе 8 размещена переставляемая и съемная верхняя бленда 15 рассеянного света для предотвращения попадания света сверху в область стенки 13 корпуса смотрового окна. Кроме того, на боковых поверхностях дисплейного корпуса 8 предусмотрены еще две боковые бленды 15 рассеянного света для предотвращения попадания света сбоку в область стенки 13 корпуса смотрового окна. Бленды 15 рассеянного света выполнены из деформируемого силиконового материала. Стенка 13 корпуса смотрового окна снабжена носовым углублением 14, которое расположено между левым и правым смотровыми окнами 11, 12. Пользователь может прислонить свой лоб и нос к стенке 13 корпуса смотрового окна; ему не требуется надевать какие-либо специальные очки. Если пользователь носит очки, ему не требуется снимать очки при наблюдении через левое и правое смотровые окна 11, 12. Таким образом, пользователь может одновременно видеть в фокусе объект перед собой и трехмерное изображение объекта.In Fig. 12, the visualization device 7 is shown in a perspective view. It is clearly visible that the plate 24 is attached to the upper part of the visualization device 7 by means of four screws. The plate is located substantially flush with the side edges of the upper part of the visualization device 7. At the rear end of the plate, there is a pin 23, which is received with the possibility of rotation in a connecting element 17, not shown in Fig. 12. A rearrangeable and removable upper diffused light hood 15 is arranged on the display housing 8 to prevent light from entering from above into the area of the wall 13 of the viewing window housing. In addition, two more lateral diffused light hoods 15 are provided on the side surfaces of the display housing 8 to prevent light from entering from the side into the area of the wall 13 of the viewing window housing. The diffused light hoods 15 are made of a deformable silicone material. The viewing window housing wall 13 is provided with a nasal recess 14, which is located between the left and right viewing windows 11, 12. The user can rest their forehead and nose against the viewing window housing wall 13; they do not need to wear any special glasses. If the user wears glasses, they do not need to remove them when viewing through the left and right viewing windows 11, 12. Thus, the user can simultaneously see the object in front of them in focus and a three-dimensional image of the object.
На фиг. 13, 14 и 15 на видах спереди, сбоку и сверху показано устройство 7 визуализации согласно фиг. 1. На фиг. 13 хорошо видно, что на левом и правом дисплеях 9, 10 отображается структура исследуемого объекта. В данном случае структура имеет форму звезды. Левый и правый дисплеи 9, 10 расположены внутри дисплейного корпуса 8 в продолжениях круглого левого смотрового окна 11 и аналогичного круглого правого смотрового окна 11, 12. Стенка 13 корпуса смотрового окна ограничена блендами 15 рассеянного света. На фиг. 13 углубление для носа не показано. На фиг. 14 показано, что верхняя часть устройства 7 визуализации прикреплена к пластине 24. За счет этого обеспечен быстрый и простой монтаж устройства 7 визуализации. Устройство 7 визуализации удержано с помощью непоказанного на фиг. 14 соединительного элемента 17 посредством пальца 23 пластины 24. Бленды 15 рассеянного света могут быть перемещены в продольном направлении устройства 7 визуализации. На фиг. 15 показано, что бленды 15 рассеянного света эргономически приспособлены к форме головы пользователя и выступают за стенку корпуса смотрового окна так, что даже пользователь, который носит очки и поэтому держится на определенном расстоянии от левого и правого смотровых окон, предохранен от ослепления окружающим светом.In Fig. 13, 14 and 15, the visualization device 7 according to Fig. 1 is shown in front, side and top views. In Fig. 13, it is clearly visible that the structure of the object under study is displayed on the left and right displays 9, 10. In this case, the structure has the shape of a star. The left and right displays 9, 10 are located inside the display housing 8 in extensions of the round left viewing window 11 and the similar round right viewing window 11, 12. The wall 13 of the viewing window housing is limited by diffused light blends 15. In Fig. 13, the recess for the nose is not shown. In Fig. 14, it is shown that the upper part of the visualization device 7 is attached to the plate 24. Due to this, quick and easy installation of the visualization device 7 is ensured. The visualization device 7 is held by something not shown in Fig. 14 connecting element 17 by means of finger 23 of plate 24. Scattered light hoods 15 can be moved in the longitudinal direction of visualization device 7. Fig. 15 shows that scattered light hoods 15 are ergonomically adapted to the shape of the user's head and protrude beyond the wall of the viewing window housing so that even a user who wears glasses and therefore keeps a certain distance from the left and right viewing windows is protected from being blinded by ambient light.
На фиг. 16 на виде сбоку показано устройство 1 вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1 с сидящим за столом 25 пользователем 26. Верхняя часть устройства 7 визуализации расположена горизонтально по отношению к поверхности стола 25 и к полу. Это показано тремя пунктирными линиями. Пользователь 26 смотрит прямо вперед и видит внешнюю часть исследуемого им объекта и внутреннюю часть исследуемого им объекта в виде трехмерного изображения. Управляемая пользователем 26 система формирования изображений снимает трехмерное изображение и передает его на устройство 7 визуализации. Для переключения между реальным рабочим пространством и виртуальным достаточным является перевод взгляда пользователя 26 мимо устройства 7 визуализации или выведение его из поля зрения пользователя. Для этого пользователю достаточно слегка повернуть голову. Пользователь 26 может перемещать устройство 7 визуализации, например, вручную или с помощью одного или нескольких управляемых посредством устройства ввода двигателей. Легко заметить, что устройство 7 визуализации не прикреплено к голове пользователя 26, а только к шарнирному манипулятору 2. Поэтому пользователь 26 может в любой момент отойти от устройства 7 визуализации, не прикасаясь к нему. Например, для отсоединения от устройства 7 визуализации достаточно отвести голову назад или в сторону.Fig. 16 shows a side view of the three-dimensional image output device 1 according to Fig. 1 with a user 26 seated at a table 25. The upper part of the visualization device 7 is located horizontally with respect to the surface of the table 25 and to the floor. This is shown by three dashed lines. The user 26 looks straight ahead and sees the outer part of the object being examined and the inner part of the object being examined in the form of a three-dimensional image. The imaging system controlled by the user 26 captures the three-dimensional image and transmits it to the visualization device 7. To switch between the real workspace and the virtual one, it is sufficient for the user 26 to move the gaze past the visualization device 7 or to move it out of the user's field of vision. To do this, the user only needs to turn his head slightly. The user 26 can move the visualization device 7, for example, manually or with the help of one or more motors controlled by the input device. It's easy to see that visualization device 7 is not attached to user 26's head, but only to articulated arm 2. Therefore, user 26 can move away from visualization device 7 at any time without touching it. For example, to detach from visualization device 7, simply move their head back or to the side.
На фиг. 17 показан вид сбоку устройства вывода трехмерного изображения согласно фиг. 1 со стоящим за столом 25 пользователем 26. Легко заметить, что пользователь 26 может не только отойти от устройства 7 визуализации в любое время, но также и принять в любое время другую позу путем перехода из показанного на фиг. 9 положения сидя в показанное на фиг. 17 положение стоя. Если устройство 1 вывода трехмерного изображения оснащено датчиками, шарнирный манипулятор 2 и устройство 7 визуализации могут также отслеживать перемещения пользователя 26. Например, если пользователь двигает головой вперед или приближается к объекту, шарнирный манипулятор 2 и устройство 7 визуализации могут автоматически перемещаться на такое же расстояние назад.Fig. 17 shows a side view of the three-dimensional image output device according to Fig. 1 with the user 26 standing at the table 25. It is easy to see that the user 26 can not only move away from the visualization device 7 at any time, but also adopt a different posture at any time by moving from the sitting position shown in Fig. 9 to the standing position shown in Fig. 17. If the three-dimensional image output device 1 is equipped with sensors, the articulated manipulator 2 and the visualization device 7 can also track the movements of the user 26. For example, if the user moves his head forward or approaches an object, the articulated manipulator 2 and the visualization device 7 can automatically move back the same distance.
Все признаки изобретения могут быть существенными для изобретения как по отдельности, так и в любой комбинации друг с другом.All features of the invention may be essential to the invention either individually or in any combination with each other.
Перечень ссылочных обозначенийList of reference designations
1 - устройство вывода трехмерного изображения1 - three-dimensional image output device
2 - шарнирный манипулятор2 - articulated manipulator
3а - первое звено шарнирного манипулятора3a - the first link of the articulated manipulator
3b - второе звено шарнирного манипулятора3b - the second link of the articulated manipulator
3с - третье звено шарнирного манипулятора3c - the third link of the articulated manipulator
4 - положение базового шарнирного соединения4 - position of the base hinge joint
5 - основание шарнирного манипулятора5 - base of the articulated manipulator
6 - положение головного шарнирного соединения6 - position of the head hinge joint
7 - устройство визуализации7 - visualization device
8 - дисплейный корпус8 - display housing
9 - левый дисплей9 - left display
10 - правый дисплей10 - right display
11 - левое смотровое окно11 - left viewing window
12 - правое смотровое окно12 - right viewing window
13 - корпусная стенка смотровых окон13 - casing wall of viewing windows
14 - углубление для носа14 - recess for the nose
15 - защитная бленда рассеянного света15 - protective diffused light hood
16 - левый участок корпуса16 - left section of the body
17 - соединительный элемент/правый участок корпуса17 - connecting element/right section of the housing
18а - первый головной вращательный шарнир18a - first head rotary joint
18b - второй головной вращательный шарнир18b - second head rotary joint
18с - третий головной вращательный шарнир18c - third head rotary joint
19 - вал19 - shaft
20а - положение первого промежуточного вращательного шарнира20a - position of the first intermediate rotary joint
20b - положение второго промежуточного вращательного шарнира20b - position of the second intermediate rotary joint
21 - стойка21 - rack
22 - полки под оборудование22 - shelves for equipment
22 - соединительный элемент22 - connecting element
23 - палец23 - finger
24 - пластина24 - plate
25 - стол25 - table
26 - пользователь26 - user
28 - подставка28 - stand
29 - двойные ролики29 - double rollers
а - вращательное перемещение шарнирного соединения основания шарнирного манипулятораa - rotational movement of the hinge joint of the base of the articulated manipulator
b - вращательное перемещение головного шарнирного соединенияb - rotational displacement of the head hinge joint
с - вращательное перемещение первого промежуточного вращательного шарнираc - rotational displacement of the first intermediate rotary joint
d - вращательное перемещение второго промежуточного вращательного шарнираd - rotational displacement of the second intermediate rotary joint
е - вращательное перемещение первого головного вращательного шарнираe - rotational movement of the first head rotary joint
f - вращательное перемещение второго головного вращательного шарнираf - rotational displacement of the second head rotary joint
g - вращательное перемещение третьего головного вращательного шарнираg - rotational displacement of the third head rotary joint
Claims (27)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020131595.3 | 2020-11-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2846814C1 true RU2846814C1 (en) | 2025-09-16 |
Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202016101003U1 (en) * | 2016-02-25 | 2016-07-17 | Carsten Jung | Diagnostic microscope arrangement |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202016101003U1 (en) * | 2016-02-25 | 2016-07-17 | Carsten Jung | Diagnostic microscope arrangement |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7379373B2 (en) | 3D visualization camera and integrated robot platform | |
| US20230122367A1 (en) | Surgical visualization systems and displays | |
| US7633676B2 (en) | Stereomicroscope with coupling unit to swivel objective upon sensing movement of eyepiece | |
| JP5870162B2 (en) | Imaging system | |
| JP6469292B1 (en) | Dental 3D digital microscope system and dental display support mechanism for stereoscopic viewing of observed images | |
| JP2004305367A (en) | Stereoscopic observing apparatus | |
| US20210121245A1 (en) | Surgeon interfaces using augmented reality | |
| JP5996359B2 (en) | Medical observation system | |
| CN109907834B (en) | Robot external vision mirror with 3D function | |
| US11770514B2 (en) | Optical observation instrument | |
| US10448004B1 (en) | Ergonomic protective eyewear | |
| US20130295518A1 (en) | Apparatus and Method for Achieving a Head Up Posture for a 3-D Video Image for Operative Procedures in Dentistry | |
| JP3204503U (en) | Magnifying observation device | |
| JP7688705B2 (en) | 3D output device for stereoscopic image reproduction | |
| RU2846814C1 (en) | Three-dimensional image output device for stereoscopic image display | |
| JP6793623B2 (en) | Observation equipment, observation equipment, observation unit and medical care unit | |
| JP2003230073A (en) | Observation apparatus | |
| US11953669B2 (en) | Optical observation instrument and method for creating a stereo image of an object field | |
| CN210843480U9 (en) | Robot external vision mirror with 3D function | |
| JP4217650B2 (en) | Surgical microscope | |
| RU2757645C1 (en) | Surgical stereovision system | |
| US20250339223A1 (en) | Systems and methods for stereoscopic visualization in surgical robotics without requiring glasses or headgear | |
| WO2018186251A1 (en) | Head-mounted display supporting instrument and head-mounted display unit | |
| KR20090011148U (en) | 3-D Microscope and 3-D Monitor Stand |