TWI547716B - 頭戴式顯示器及用於調整頭戴式顯示器的方法 - Google Patents

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Description

頭戴式顯示器及用於調整頭戴式顯示器的方法
本技術關於可用於醫療目的頭戴式顯示器。
使用者放在頭上之用於，例如，觀看圖像的頭戴式顯示器(Head-mounted display；HMD)是已知的。例如，如頭戴式顯示器之一，已知頭戴式顯示器包括圖像顯示表面和用於右眼和左眼的顯示元件(參照專利文獻1)。具有這樣配置的頭戴式顯示器可以透過左和右顯示表面顯示對於使用者的左眼和右眼具有視差的圖像，因此可以呈現無串擾的三維(3D)圖像。
同時，在內視鏡裝置和用於醫療目的的類似物中，考慮可呈現三維圖像的三維內視鏡裝置的實際使用。對於患者，內視鏡手術比一般的外科手術較為侵入性，因此近年來流行。然而，在手術過程中僅藉由圖像檢查患部，因此，有時不易以傳統的二維(2D)圖像感知深度。因此，可以預期的是，在觀看患部的實際圖像的同時，連接和使用能夠提供3D圖像於3D型內視鏡裝置的 頭戴式顯示器可以實現更正確和快速的內視鏡手術。
參考文獻
日本專利申請案公報號2011-145488
對於穿著具有上述配置的頭戴式顯示器，它是通常所必需的使用者調整頭戴式顯示器的安裝位置是在不產生模糊的圖像和離焦圖像這樣的位置，也就是其中顯示表面和左眼和右眼在觀看顯示表面上顯示的圖像的同時彼此相對的位置。
然而從衛生的角度，在不戴頭戴式顯示器時，醫生(使用者)在手術過程中不准碰頭戴式顯示器，因此，使用者不能調整自己的安裝位置。因此，使用者以外的人需要幫助使用者戴上頭戴式顯示器。然而，在這種情況下，對於這樣的人來檢查使用者眼睛和顯示表面之間的位置關係是很難的，這使得頭戴式顯示器的相對位置的調整對於使用者困難。
鑑於上述情況，有必要提供允許其對使用者的相對位置的調整而不檢查顯示的圖像的頭戴式顯示器。
如上所述，根據本技術的實施方式，提供允許其對使用者的相對位置的調整而不檢查顯示的圖像的頭戴式顯示器是可能的。
根據說明性實施方式，頭戴式顯示器包括：用於檢測頭戴式顯示器的傾斜角度的檢測器；以及用於輸出指示傾 斜的角度的輸出單元。
100‧‧‧內視鏡系統
1,10,1A‧‧‧頭戴式顯示器
2‧‧‧內視鏡裝置
3‧‧‧處理器單元
21‧‧‧插入部
22‧‧‧操作部
23‧‧‧電纜
31‧‧‧圖像處理單元
32‧‧‧光源
33‧‧‧轉換器
35‧‧‧電纜
36‧‧‧電纜
4‧‧‧主體
5‧‧‧安裝部
6,6A‧‧‧檢測器
7,70,7A‧‧‧輸出單元
41‧‧‧殼體
411‧‧‧第一側表面(左側表面)
412‧‧‧第二側表面(右側表面)
413‧‧‧前表面
414‧‧‧眼側表面
415‧‧‧上表面
416‧‧‧下表面
421‧‧‧第一顯示表面(顯示表面)
422‧‧‧第二顯示表面(顯示表面)
431‧‧‧顯示元件
432‧‧‧顯示元件
44‧‧‧圖像產生器
441‧‧‧HDMI輸入端子
51,52‧‧‧帶
53‧‧‧調整器
531,532‧‧‧調整構件
541‧‧‧左附接構件
542‧‧‧右附接構件
55‧‧‧前額墊
61,61A‧‧‧加速度感測器
71,71A‧‧‧顯示單元
710‧‧‧揚聲器
711,712,713‧‧‧發光二極體
72,720,72A‧‧‧控制器
73,73A‧‧‧儲存單元
ST101‧‧‧步驟
ST102‧‧‧步驟
ST103‧‧‧步驟
ST104‧‧‧步驟
ST105‧‧‧步驟
ST106‧‧‧步驟
ST107‧‧‧步驟
ST108‧‧‧步驟
ST109‧‧‧步驟
ST110‧‧‧步驟
ST111‧‧‧步驟
[圖1]圖1是示意性地示出根據本技術的第一實施方式的內視鏡系統的配置例子的圖。
[圖2]圖2是根據本技術的第一實施方式示出頭戴式顯示器的示意性側視圖。
[圖3]圖3是根據本技術的第一實施方式示出頭戴式顯示器的示意性的正視圖。
[圖4]圖4是根據本技術的第一實施方式示出使用者佩戴頭戴式顯示器的狀態下的示意性側視圖。
[圖5]圖5是根據本技術的第一實施方式示出使用者佩戴頭戴式顯示器的狀態下的示意性正視圖。
[圖6]圖6是根據本技術的第一實施方式示出頭戴式顯示器的裝置配置的方塊圖。
[圖7]圖7是根據本技術的第一實施方式示出用於頭戴式顯 示器的安裝方法的例子的流程圖。
[圖8]圖8是根據本技術的第一實施方式示出使用者佩戴頭戴式顯示器的狀態下的示意性正視圖，具體而言，在使用者佩戴具有相對於繞第二軸線的水平表面傾斜的主體之頭戴式顯示器的狀態下。
[圖9]圖9是根據本技術的第二實施方式示出頭戴式顯示器的裝置配置的方塊圖。
[圖10]圖10是根據本技術的第三實施方式示出頭戴式顯示器的裝置配置的方塊圖。
在下文中，根據本技術的實施方式將參照附圖進行說明。
第一實施方式 [內視鏡系統]
圖1是示意性地示出根據本技術的實施方式的內視鏡系統的配置例子的圖。根據本實施方式的內視鏡系統100包括頭戴式顯示器(Head-mounted display；HMD)1，內視鏡裝置2，以及處理器單元3。根據本實施方式的內視鏡系統100以下列方式使用。具體而言，在內視鏡手術 中，佩戴頭戴式顯示器1的醫生(使用者)將內視鏡裝置2插入到病人的體內，並進行如在透過頭戴式顯示器1檢查藉由內視鏡裝置2成像的患部的狀態的同時在患部上切除的治療。
內視鏡裝置2包括，例如，插入部21和操作部22。插入部21具有可以插入到體內的管狀形狀。插入部21其中包括圖像感測器，諸如互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor；CMOS)圖像感測器，和光學系統，諸如用於成像患部的透鏡，其在圖中未示出。另外，在本實施方式中，兩個圖像感測器和兩個光學系統等是設置用於捕捉具有視差的右眼圖像和左眼圖像。有了這個，可獲得用於立體顯示患部的三維圖像數據。
此外，例如，用於切除或固持患部的小刀或鑷子被插入到插入部21中。在手術助理等把持的同時，操作部22配置以在插入部21等上執行操作。此外，操作部22經由電纜23連接到處理器單元3。
處理器單元3包括，例如，圖像處理單元31，光源32，和轉換器33。例如，圖像處理單元31作用處理藉由內視鏡裝置2所獲得的圖像。藉由內視鏡裝置2成像時，光源32作用以光照射患部。轉換器33作用執行處理關於待輸出到頭戴式顯示器1的圖像的信號的轉換。從光源32發射的光被引導到插入部21的遠端經由，例如，在插入部21的內部設置的導光纖維。
另外，在圖像處理單元31中，捕捉的右眼圖像和左眼圖像可以重疊和處理作為3D圖像數據。三維圖像數據輸出到監視器裝置M，例如，經由電纜36，其允許佩戴頭戴式顯示器1的使用者以外的助手等也在手術過程中檢查患部。
頭戴式顯示器1電連接到處理器單元3，並由當使用者在觀察內視鏡的圖像時，對操作內視鏡裝置2的外科助理等作出的指示之使用者佩戴。用於頭戴式顯示器1和處理器單元3的連接方法沒有特別的限定，也可以使用有線連接或無線連接。在本實施方式中，例如，使用有線連接。具體而言，頭戴式顯示器1和處理器單元3經由從/到高解析度多媒體介面(high-definition multimedia interface；HDMI)端子輸出和輸入的電纜35連接到彼此。
有關內視鏡裝置2所捕捉的右眼圖像和左眼圖像的信號藉由圖像處理單元31處理作為圖像信號。在這之後，將圖像信號分別由轉換器33處理作為適於頭戴式顯示器1的圖像數據，並經由電纜35輸出到頭戴式顯示器1。需要注意的是，處理器單元3可以被配置以經由電纜35以驅動電力供應頭戴式顯示器1。
需要注意的是，處理輸出信號到頭戴式顯示器1的轉換器33並不限定於圖中所示的例子，其中轉換器33和圖像處理單元31等一起被容納在殼體內。轉換器33可以被容納在圖像處理單元31等以外單獨的殼體。
接著，根據本實施方式的頭戴式顯示器1的詳細配置進行說明。
[頭戴式顯示器]
圖2至圖6是分別示出根據本實施方式的頭戴式顯示器1配置的圖。圖2是示意性側視圖。圖3是示意性的正視圖。圖4是示意的側視圖，示出其中使用者佩戴的頭戴式顯示器1的狀態。圖5是示意性的正視圖，示出其中使用者佩戴的頭戴式顯示器1的狀態。圖6是示出裝置配置的方塊圖。頭戴式顯示器1包括主體4，安裝部5，檢測器6，以及輸出單元7。
需要注意的是，在圖中x軸方向和y軸方向之每一者指示頭戴式顯示器1屬於的xyz坐標系統的水平方向。x軸方向(第一軸方向)對應於主體4的左，右方向。y軸方向(第二軸方向)對應於主體4的前和後的方向，其正交於x軸方向。z軸方向指示正交於x軸方向和y軸方向的方向，並與主體4的上下方向相對應。
另外，在圖中X軸方向和Y軸方向之每一者指示使用者屬於的XYZ坐標系統的水平方向，且XY平面指示「水平面」。即，X軸方向指示從使用者看的左，右方向，而Y軸方向是正交於X軸方向並指示從使用者看的前和後方向(使用者的正面和背面方向)。Z軸方向與X軸方向和Y軸方向是正交的，並指示垂直方向。
根據本實施方式的頭戴式顯示器1由，例 如，護目鏡型不透視頭戴式顯示器形成。另外，主體4設置有安裝部5，這將在後面描述。當安裝部5被安裝在使用者的頭上，主體4位於使用者的左眼和右眼的前面。
在下文中，進行說明各組成的配置。
(主體)
主體4包括殼體41，用於左眼的第一顯示表面(顯示表面)421，用於右眼的第二顯示表面(顯示表面)422，左眼顯示元件431，右眼顯示元件432，和圖像產生器44。
主體4配置以圖像顯示裝置，其呈現藉由內視鏡裝置2所捕捉的預定圖像給使用者。具體而言，圖像產生器44首先產生，基於經由處理器單元3獲得的圖像數據，分別待輸出到左和右顯示元件431和432的圖像信號。然後，顯示元件431和432發射對應於這些圖像信號的圖像光束分別到顯示表面421和422，從而使圖像呈現給使用者。
整體上，殼體41配置以貼合面，覆蓋使用者的左眼和右眼。殼體41包括在x軸方向上彼此相對的左側表面411(第一側表面)和右側表面412(第二側表面)，在y軸方向上彼此相對的前表面413和眼側表面414，和在z軸方向上彼此相對的上表面415和下表面416。
眼側表面414配置與使用者的左眼和右眼相 對在左眼和右眼的前面和靠近左眼和右眼。例如，在眼側表面414的中心，有切口可以對應於使用者的鼻形形成。同時，前表面413設置在佩戴頭戴式顯示器1的使用者的前面，並形成具有例如，矩形的形狀。安裝時，左側表面411和右側表面412分別位於使用者的臉部的左手側和右手側。例如，左側表面411和右側表面412可以被配置來掩蓋使用者的左，右鬢角(的附近)。安裝時，因此配置的殼體41幾乎可以完全覆蓋使用者的眼睛。因此，來自外部的光不入射到使用者的眼睛，這使得使用者更容易查看圖像。
殼體41容納顯示元件431和432，圖像產生器44等。需要注意的是，殼體41並不限定於上述配置。例如，可使用一種配置，其中除了眼側表面414之外，左，右側表面411和412，前表面413，上表面415，和下表面416平滑地彼此連接形成單一外表面。
在眼側表面414，顯示表面421和422沿x軸方向佈置。顯示表面421和422被佈置與y軸方向正交，使輸出的圖像光束的光軸與y軸方向平行。
顯示表面421和422被配置以能夠顯示右眼圖像和左眼圖像分別到使用者的左眼和右眼，其圖像已被內視鏡裝置2捕捉並進行預定的處理。顯示表面421和422的形狀和大小沒有特別的限制。在本實施方式中，每一個顯示表面421和422具有矩形形狀，在垂直方向上約16mm和在水平方向約30mm。只要具有透視屬性，顯示 表面421和422的材料沒有特別的限制。例如，塑料板，玻璃板等作為顯示表面421和422的材料。
在本實施方式中，圖像產生器44包括圖像數據轉換電路等轉換從處理器單元3發送的右眼用和左眼圖像數據成為用於頭戴式顯示器1的圖像信號。圖像產生器44從連接電纜35的HDMI輸入端子441獲得內視鏡的圖像數據。
此外，圖像產生器44可以對圖像數據執行預定的偏移量的處理等以產生適合頭戴式顯示器1之左眼和右眼的圖像信號。由此，呈現出所期望的三維圖像給使用者是可能的。偏移處理中的偏移量是根據，例如，眼睛和頭戴式顯示器1的顯示元件431和432之間的距離，兩隻眼睛之間的距離，或虛擬圖像的位置來計算，這將在後面描述。
圖像產生器44分別輸出產生的左眼和右眼圖像數據到左和右顯示元件431和432。
左和右顯示元件431和432根據從圖像產生器44輸入的圖像數據輸出圖像光束到左和右顯示表面421和422。例如，顯示元件431和432分別被佈置成在y軸方向上相對於顯示表面421和422。有了這個，從顯示元件431和432和顯示表面421和422輸出的圖像光的光軸成為平行於y軸方向。
在本實施方式中，顯示元件431和432由有機電致發光(electroluminescence；EL)元件形成。使用 作為顯示元件431和432的有機EL元件可以實現小型化，高對比度，快速響應等。
作為顯示元件431和432，例如，多個紅色有機EL元件，綠色有機EL元件，和藍色有機EL元件等以矩陣形式佈置。藉由主動矩陣型，簡單(被動)矩陣型等的驅動電路的驅動，這些元件本身以預定的亮度等在規定的定時發光。另外，顯示元件431和432根據由圖像發生器44產生的圖像信號控制驅動電路而配置以顯示預定的圖像。
需要注意的是，顯示元件431和432不限於上述配置。例如，可使用液晶顯示器(liquid crystal display；LCD)等。
在顯示元件431和432和顯示表面421和422之間，例如，多個接目鏡(未示出)設置作為光學系統。藉由使這些接目鏡和使用者的眼睛彼此相對，其間具有預定距離，對於使用者觀察到的虛像是可能的，猶如虛擬圖像被顯示在預定的位置(虛擬圖像位置)。設定虛擬圖像的位置和虛擬圖像的大小取決於顯示元件431和432和光學系統等的配置而定。例如，虛擬圖像的大小是適合於影片大小的750英寸而虛像的位置被設定位於與使用者相差約20米的位置處。
在此，為了允許用戶觀察虛擬圖像，相對於使用者定位本體4使得從顯示元件431和432輸出的圖像光束透過接目鏡等以y軸方向為其光學方向分別形成於左 眼和右眼的虹膜上。
因此，為了允許使用者觀察預定的圖像，有必要定位主體4，使顯示表面421和422和使用者的左眼和右眼的彼此相對在y軸方向。換言之，主體4被定位，使得其中顯示表面421和422被佈置的x軸方向成為平行於水平面(XY平面)。在下文中，主體4對於使用者這樣的相對位置被稱為「合適的相對位置」。
當主體4不位於適當的相對位置時，產生離焦圖像或模糊的三維圖像且使用者不能查看所期望的圖像。因此，在頭戴式顯示器1的安裝上，有必要調整主體4位於適當的相對位置。另外，在安裝過程中，有必要固定主體4於頭部以防止這個位置的改變。在本實施方式中，主體4的相對位置藉由安裝部5調整並固定，這將在下面進行說明。
(安裝部)
安裝部5包括帶51和52，調整器53，左和右附接構件541和542，和前額墊55。安裝部5設置到主體4是安裝在使用者的頭上，使得頭戴式顯示器1位於使用者合適的相對位置，也就是在顯示表面421和422和使用者左，右眼睛在y軸方向上彼此相對。
參照圖4和5，根據本實施方式的安裝部5的概略配置進行說明。帶51和52經由主體4和附接構件541和542連接。帶51和52之每一者延伸，例如，從殼 體41的左側表面411透過使用者的頂區或枕區到右側表面412。此外，調整器53被配置以可調整帶51和52的長度，因此可以調整主體4對於使用者在高度方向和前後方向的相對位置。另外，前額墊55被配置以能夠抵接使用者的前額。藉由調整帶52經過枕骨區域的長度，透過前額墊55和帶52固定使用者前後方向的相對位置是可能的。
帶51和52都包括，例如，待連接到附接構件541和542的兩個短帶。整體上，帶51和52被配置成為單一的帶藉由這些短帶以預定長度相互重疊和固定。調整器53用於固定，這將在後面描述。另外，對帶51和52的材料，使用例如，橡膠，塑料，布等，鑒於其強度和撓性。
在本實施方式中，調整器53調整使用者對主體4的相對位置。調整器53連接到，例如，帶51和52之每一者，並包括能夠從附接構件541到附接構件542調整帶51和52的長度的調整構件531和532。
對於調整構件531和532之每一者，例如，可以使用帶扣或用於皮帶的閂鎖的配置。有了這樣的配置，任意固定和改變帶51和52分別兩短帶的重疊長度是可能的，且帶51和52的長度可以改變。調整構件531和532的配置沒有特別限定，可以取決於帶51和52的材料，形狀等適當地選擇。
在本實施方式中，左和右附接構件541和542 分別設置在左，右側表面411和412。附接構件541和542的配置沒有特別的限制。例如，可以使用型鍛的配置，其中帶51和52，在其一個端部，彼此重疊並連接於主體4。另外，附接構件541和542可以被配置，以使帶51和52各自相對於主體4可轉動在預定的角度範圍內。
例如，前額墊55被設置以從主體4的眼側表面414突出於上表面415的上方。前額墊55的配置沒有特別的限制，並且避震配置用於表面以抵接使用者鑒於使用者的穿用舒適性。另外，如有必要，相對於主體4的角度和前額墊55在z軸方向上的高度位置可被配置成可調整。此外，如果必要的話，前額墊55可以被配置以可拆卸的。
(檢測器)
檢測器6所設置於主體4。檢測器6檢測到主體4相對於水平面(XY平面)的傾斜，並產生有關傾斜的角度的信號。檢測器6包括在本實施方式中的加速度感測器61。例如，加速度感測器61設置在主體4的左側表面411。
加速度感測器61是，例如，兩軸加速度感測器，其輸出的電信號對應於在x軸方向和z軸方向的重力加速度。即，加速度感測器61輸出，例如，有關主體4相對於繞y軸到輸出部7的控制器72的水平面的傾斜角度的信號，將在後面描述。
加速度感測器61可以是單一軸加速度感測器，其輸出對應於重力加速度在x軸方向和z軸方向的任一者的信號。並且有了這個，輸出有關傾斜角度的信號是可能的。否則，可使用三軸加速度感測器。在這種情況下，除了其他的角度以外，有可能檢測主體4相對於繞x軸的水平面的傾斜角度。另外，取決於頭戴式顯示器1的裝置配置，可以適當地使用壓阻式加速度感測器，電容型加速度感測器，以及其他類型的加速度感測器。
(輸出單元)
輸出單元7被設置在主體4並根據檢測器6的信號輸出關於主體4的傾斜的角度資訊。在本實施方式中，輸出單元7包括顯示單元71，控制器72，和儲存單元73。需要注意的是，在本實施方式中，控制器72和儲存單元73都裝在殼體41內。
控制器72通常是由微處理單元(micro-processing unit；MPU)等形成。控制器72根據儲存在儲存單元73中的程式執行預定的運算處理並根據處理結果作出預定的判定。此外，判定結果被輸出到顯示單元71。
首先，根據從加速度感測器61輸出的信號，控制器72計算主體4相對於繞y軸的水平面的傾斜角度。
這裡，當傾斜角度為0，主體的x軸方向與水 平面彼此平行，從而在主體4位於適當的相對位置。此外，當這樣的角度是小於預定的角度時，作為誤差的界限是被接受的，並且被認為是主體4位於合適的相對位置。同時，當這樣的角度等於或大於預定角度時，變得難以查看圖像，並且不被視為主體4位於合適的相對位置。因此，調整相對位置是必要的。
因此，根據計算結果，控制器72判定頭戴式顯示器是否在第一狀態，其中傾斜角等於或大於預定的角度，或在第二狀態，其中傾斜角小於預定的角度。「預定的傾斜角」被設定為相對於水平面的最大角度，其在觀察圖像中是由使用者可接受的。即，第一狀態所表示的狀態，其中它不認為主體4位於合適的相對位置，因為主體4相對於水平面傾斜。同時，第二狀態所表示的狀態，其中它認為主體4位於合適的相對位置，因為主體4幾乎是水平的。
此外，當判定頭戴式顯示器是處於第一狀態時，控制器72進一步判定是否傾斜主體4相對於繞y軸的水平面的傾斜方向是第一方向(左傾斜方向)或與左傾斜方向不同的第二方向(右傾斜方向)。判定結果被輸出到發光二極體711至713的驅動電路。在這裡，「左傾斜方向」是指這樣的方向，其主體4的左手側在垂直方向上向下方傾斜。同時，「右傾斜方向」是指這樣的方向上，其主體4的右手側在垂直方向上向下方傾斜。
儲存單元73包括隨機存取記憶體(random access memory；RAM)，唯讀記憶體(read only memory；ROM)，另一種半導體記憶體等。儲存單元73儲存程式等由控制器72用於各種算術運算。例如，唯讀記憶體是由非揮發性記憶體形成，並儲存程式和用於使控制器72執行運算處理的設定值，如傾斜角的計算。此外，儲存單元73藉由，例如，非易揮發性半導體記憶體以儲存程式等用於判定頭戴式顯示器是否處於第一狀態，第二狀態等中。此外，預先被儲存在半導體記憶體中的程式等可加載到隨機存取記憶體中，並藉由控制器73執行。
在本實施方式中，顯示單元71包括佈置在主體4的左側表面411上之三個LED燈(發光二極體)711，712，713，和用於造成任何的發光二極體711至713基於從控制器72的輸出發光之驅動電路。顯示單元71被配置以取決於第一狀態和第二狀態輸出不同的角度資訊。
LED711至713從上表面415側到下表面416側沿z軸方向上所述的順序配置。驅動電路造成發光二極體711至713中任一項的基於控制器72的判定結果點亮。此外，LED711至713可發出不同顏色的光。例如，LED711和713發出黃色光而中心的LED712發射綠光。
例如，當判定頭戴式顯示器是在第一狀態下而傾斜方向是右傾斜方向時，在LED711配置以發出黃色光，並且，當判定頭戴式顯示器處於第一狀態而傾斜方向 是左傾斜方向時，LED713被配置以發出黃色光。同時，當判定頭戴式顯示器是在第二狀態中，也就是水平，LED712被配置以發射綠光。
因此，藉由檢查LED711到713的LED，其點亮起來，檢查主體4是否相對於水平面傾斜是可能的，並進一步是傾斜方向。有了這個，即使使用者不能由他或她自己修正頭戴式顯示器1的傾斜，當檢查LED光的同時，助手等可以修正傾斜。
另外，關於發光二極體711至713，例如，從使用者的左手側觀察，在相對於水平平面垂直方向向上傾斜之在右傾斜方向的上表面415側上的LED711點亮，在垂直方向上向下方傾斜的左傾斜方向上的下表面416側上的LED713。由此，和以直觀的方式連結以光的傾斜方向點亮的LED711至713的配置是有可能。
此外，藉由使用於根據本實施方式的顯示單元71的LED，其光的顏色可以適當地選擇。例如，如在本實施方式中，藉由使用綠色，黃色等建議的交通光，可實現更直觀的顯示。
在下文中，將描述在根據本實施方式的頭戴式顯示器1的安裝方法的例子。
[安裝方法示例]
圖7是表示頭戴式顯示器1的安裝方法的例子的流程圖。在這裡的例子其中，在使用者嘗試執行使用內視鏡裝 置2的內視鏡手術已經進行手部消毒的情況下，因此使用者可以不由他自己或她自己調整HMD1的相對位置，將說明安裝頭戴式顯示器1於使用者上之使用者附近的安裝助手(以下簡稱為助手)，如手術助理。
首先，藉由調整帶51和52比安裝(步驟ST101)時預期的長度長的助手製備頭戴式顯示器1。在這個時候，頭戴式顯示器1可被提前啟動。此外，例如，助手站在使用者的左手側進行製備，如有必要，以把助手放在容易協助頭戴式顯示器1的安裝之高度步驟。
接著，助手從使用者的頭部上安裝頭戴式顯示器1，帶51和52的長度經由調整構件531和532(步驟ST102)被預先調整。帶51和52在這個時候被設置以具有額外的長度，使頭戴式顯示器1對於使用者的相對位置是不固定的且可調整相對位置。另外，帶51連接到使用者的頂區和帶52連接到使用者的枕區。
此外，調整頭戴式顯示器1對於使用者的相對位置(步驟ST103)。具體而言，調整主體4的傾斜進行，使頭戴式顯示器1的顯示表面411和412的高度大致對應使用者的左眼和右眼的高度且頭戴式顯示器1的x軸方向幾乎是平行於水平面。在這個時候，帶51的長度可以藉由調整構件531調整。這裡，調整帶51和52以具有額外的長度，可以容易地進行主體4的相對位置的調整。
在這裡，助手從使用者的左手側安裝頭戴式顯示器1。因此，它是相對容易掌握是否主體4的y軸方 向平行於水平面，但它是難以把握是否主體4的x軸方向平行於水平面。因此，即使當執行主體4的相對位置的調整，實際上，主體4的x軸方向可不平行於水平面且主體4可相對於繞y軸的水平平面傾斜。也就是說，主體4可不位於適當的相對位置。
圖8示出了頭戴式顯示器1被安裝在使用者上有相對於繞y軸的水平平面傾斜的傾斜主體4的狀態下。在這種情況下，x軸方向不平行於水平面且使用者的左眼和右眼的高度不對應於顯示表面411和412的高度。在這種狀態下，當使用者觀察圖像時，右眼圖像和左眼圖像沒有適當地彼此重疊，因此，圖像可模糊或離焦。此外，顯示表面411和412的圖像顯示區域偏離眼睛的視野，例如，其造成眼睛疲勞。
同時，啟動的頭戴式顯示器1由檢測器6的加速度感測器61檢測主體4相對於繞y軸的水平面的傾斜(步驟ST104)。檢測可連續地進行，或者可以在預定的時間間隔間歇地進行。加速度感測器61輸出對控制器72的傾斜角相關的信號，其由電壓等與加速度成正比來形成。
接下來，控制器72根據來自加速度感測器61的信號計算傾斜角度(步驟ST105)。此外，頭戴式顯示器是否處於第一狀態，其中這樣的角度等於或大於預定的角度，或第二狀態，其中這樣的角度小於預定角度(步驟ST106)。
當控制器72判定頭戴式顯示器是在第二狀態中(步驟ST106中為「否」)時，LED712點亮(步驟ST110)。有了這個，估計相對位置是合適的，並調整帶52的長度，使頭戴式顯示器1對使用者的相對位置是固定的(步驟ST111)。藉由調整構件532調整帶52的長度更短，並藉由前額墊55和前面和後面的方向的帶52夾著使用者頭部，定義主體4在前後方向對使用者的相對位置。
同時，當控制器72判定頭戴式顯示器是在第一狀態下時(在步驟ST106中的「是」)，控制器72進一步判定主體4相對於繞y軸的水平面傾斜的方向(步驟ST107)。當傾斜的方向是左傾斜方向(步驟ST107中的「是」)時，控制器72使LED713點亮(步驟ST108)。在此，左傾斜方向指示在顯示表面411側上的高度向下方轉動的方向。同時，當傾斜的方向是向右傾斜的方向(步驟ST107中的「否」)時，控制器72使LED711點亮(步驟ST110)。例如，在圖8中所示的情況，判定傾斜方向是左傾斜方向，LED713點亮。
當發光二極體711和713的光能夠被看見時，認為是主體4的左，右方向相對於水平面傾斜且主體4不位於適當的相對位置。此外，當LED713的光能夠被看見時，主體4傾斜到繞y軸方向的右手側方向。同時，當LED711的光被看見時，主體4傾斜到繞y軸方向的左手方向。以這種方式，相對位置被重新調整(步驟 ST103)。此外，在這個時候，如果有必要，帶51和52的長度被重新調整。以這種方式，頭戴式顯示器1重複上述操作直到LED712點亮(步驟ST103至107)。
如上所述，頭戴式顯示器1根據本實施方式以發光二極體711至713的光顯示主體4相對於繞y軸的水平面的傾斜是否落在可接受的範圍內，或如果主體4的傾斜脫離了可接受的範圍，主體4往哪個方向傾斜。有了這個，在檢查發光二極體711至713的光同時，即使是對於把握使用者的眼睛和顯示表面411和412之間的位置關係有困難之助手，仍可調整頭戴式顯示器1的相對位置是在適當的相對位置。
因此，例如，即使在手術過程中有必要安裝頭戴式顯示器1的情況下，頭戴式顯示器1可以被安裝在合適的相對位置而無需使用者他或她自己觸摸頭戴式顯示器1。另外，有了這個，在觀看舒適的3D圖像的同時，對使用者順利地進行內視鏡手術成為可能的。
另外，即使在其中使用者不可轉他或她的臉朝向助手的情況下，發光二極體711至713佈置在主體4的左側表面411上，因此助手在使用者側的同時可以很容易獲取頭戴式顯示器1的傾斜角度的資訊，從而使相對位置可以調整。
此外，藉由具有上述配置的安裝部5，帶51和52的長度容易地改變，並因此變得可以容易地進行安裝，相對位置的調整和固定等對於助手是可能的。
第二實施方式
圖9是根據本揭露的第二實施方式的頭戴式顯示器10示出裝置配置的方塊圖。本實施方式中與第一實施方式的不同，主要是在於輸出單元70包括揚聲器710而不是顯示單元。請注意，在圖中，與上述第一實施方式相對應的部分將標註相同的參考標記，其詳細說明將省略。
根據本實施方式的輸出單元70包括揚聲器710，控制器720和儲存單元730。揚聲器710設置到頭戴式顯示器10的主體4。控制器720和儲存單元730都容納在外殼41內，例如，如在第一實施方式中。
控制器720的基本配置與根據第一實施方式的控制器72相同。也就是說，控制器720根據儲存在儲存單元730中的程式預定的執行運算處理並根據處理結果的做出預定的判定。此外，判定結果被輸出到揚聲器710。
具體地，根據從加速度感測器61輸出的信號，控制器720計算出主體4相對於繞y軸的水平面的傾斜角度。此外，根據計算結果，判定頭戴式顯示器是否處於第一狀態，其中傾斜角等於或大於預定的角度，或是第二狀態，其中傾斜的角度小於預定的角度。根據本實施方式的控制器720僅輸出第一狀態上的資訊到揚聲器710而不作出關於傾斜方向的判定。
根據控制器720的判定，揚聲器710輸出上 述關於傾斜的角度資訊。具體而言，電路被配置使得當控制器720判定頭戴式顯示器處於第一狀態時，產生蜂鳴音。同時，當控制器720判定頭戴式顯示器處於第二狀態時，不產生蜂鳴音。。
因此，藉由檢查蜂鳴聲，助手可以估計頭戴式顯示器10的主體4繞y軸傾斜，從而可以調整主體4對使用者的相對位置。另外，藉由繼續調整主體4直到不再產生蜂鳴聲，助手可以調整主體4位於適當的相對位置。
另外，幫助者可以藉由揚聲器710從相對於對頭戴式顯示器10的任何方向收到通知。因此，有了根據本實施方式的頭戴式顯示器10，增加了助手相對於使用者的站立位置的自由度，而且助手更容易協助安裝。
需要注意的是，根據本實施方式的輸出單元70的配置並不限定於上述配置。例如，可使用其中取決於第一狀態和第二狀態產生不同的蜂鳴聲的一種配置。此外，例如，如在第一實施方式中，控制器720可以被配置以當判定頭戴式顯示器是處於第一狀態時，進一步判定相對於水平面的傾斜方向。在這種情況下，揚聲器710可被配置以產生不同類型的蜂鳴聲取決於傾斜方向。
另外，從揚聲器710產生的聲音並不局限於蜂鳴聲，並且可能是公佈的聲音等指示控制器720的判定結果。
第三實施方式
圖10是一個方框圖，表示根據本揭露的第三實施方式的頭戴式顯示器1A的裝置配置。本實施方式中與第一實施方式的不同主要是在於檢測器6A包括角速度感測器61A而非加速度感測器61。請注意，在圖中，對應上述第一實施方式的部分將標註相同的參考標記，其詳細說明將省略。
角速度感測器61A通常是陀螺儀感測器，並如第一實施方式設置於主體4。角速度感測器61A輸出涉及由於主體4繞y軸的旋轉的角速度作為電信號，從而輸出有關傾斜角的信號到輸出單元7A的控制器72A。雖然，例如，振動型陀螺儀感測器等是使用作為角速度感測器61A，角速度感測器61A沒有特別限定。
即，根據本實施方式的檢測器6A被配置以檢測由於傾斜的角度改變的角速度，例如，當頭戴式顯示器1A安裝在使用者上，然後主體4相對於水平面逐漸傾斜且其相對位置改變時。
輸出單元7A包括顯示單元71A，控制器72A，和儲存單元73A。在本實施方式中，在顯示單元71A的配置與第一實施方式相同，但由控制器72A的傾斜角度的算術方法是不同的。即，根據有關從輸出部7A的角速度的信號，控制器72A在預定的一段時間集成角速度，從而在這一段時間計算傾斜的角度。
此外，基於所計算的傾斜角，如在第一實施 方式中，控制器72A判定是否頭戴式顯示器處於第一狀態或第二狀態，並且，當頭戴式顯示器處於第一狀態，而傾斜方向是向右傾斜方向或左傾斜方向。有了這個，顯示單元71A通知有關傾斜的資訊給助手。接收這些資訊的助手可以根據顯示單元71A的顯示調整主體4到使用者的相對位置。
請注意，「預定的時間段」的開始點可被設定為角速度感測器61A被啟動的時間點。另外，有了主體4在開始點對使用者的相對位置作為基準，計算繞y軸的傾斜角度。用於角速度感測器61A的啟動方法沒有特別的限制。例如，開關等啟動角速度感測器61A可以設置到主體4，處理器單元3等。另外，角速度感測器61A可以與頭戴式顯示器1A的啟動同步地被啟動。
如上所述，根據本實施方式的頭戴式顯示器1A，即使在安裝後頭戴式顯示器1A的主體4繞y軸傾斜且主體4對使用者的相對位置改變的情況下，檢測傾斜的角度並通知助手有關角度的資訊是可能的。有了這個，在使用內視鏡裝置2中的頭戴式顯示器1的相對位置改變的情況下，可以調整位置。
雖然上面描述了本技術的實施方式，本技術不限於此，根據本技術的技術構思可以進行各種修改。
例如，雖然在第一實施方式中，檢測器6的加速度感測器61輸出有關相對於繞y軸的水平面的傾斜角度的信號，下面的修正例也可以使用。即，加速度感測 器61可以被配置為能夠輸出相對於繞x軸的水平面的傾斜角度的信號。有了這個，當助手在前面安裝頭戴式顯示器1在使用者上的情況下，檢測主體4的前和後的方向的傾斜是可能的，不然的話其會特別難以把握。
在上述修正例的情況下，加速度感測器61可以由，例如，兩軸加速度感測器形成，其輸出對應於在y軸方向和z軸方向的重力加速度的電信號。另外，可使用單軸加速度感測器，其輸出對應y軸方向和z軸方向的任一個的重力加速度的信號。
另外，在上述修正例中，輸出單元7的顯示單元71可被設置於前表面413。有了這個，在助手在前面安裝頭戴式顯示器1於使用者上的情況下，助手更容易檢查顯示單元71。
需要注意的是，上面的修改示例對第二個和第三個實施方式也適用。即，在施加到第二實施方式的修正例的情況下，輸出有關主體4繞x軸的傾斜的角度資訊是可能的，其是由加速度感測器61檢測到的，藉由例如蜂鳴器的聲音裝置。同時，在上述修正例施加到第三實施方式的情況下，即使安裝後的頭戴式顯示器1A的主體4繞x軸傾斜方向和主體4對使用者的相對位置改變，檢測到的角度，並通知有關角度的資訊的助手是可能的。
雖然，在上述實施方式中，可以使用加速度感測器或角速度感測器作為用於檢測器的慣性感測器，慣性感測器並不限於此。例如，也可使用地磁感測器等。有 了這個，藉由檢測地磁的方位可以檢測主體的傾斜。
另外，作為檢測器，可設置加速度感測器和角速度感測器。有了這個，在安裝時和調整後兩者相對位置的調整成為可能。此外，例如，基於角速度感測器的輸出計算的傾斜角度的整體誤差可以基於加速度感測器的輸出校正。有了這樣的配置，更高度準確的檢測成為可能。
例如，在第一實施方式中，LED被用作為顯示單元，顯示單元並不限定於此。例如，作為顯示單元，可以使用測量儀器顯示主體繞y軸的傾斜角度。儀器包括，例如，具有尺度表示傾斜角度的指示器面板，和指示指示面板上的預定的角度之指針，並能以類比的方式顯示傾斜角度。有了這個，在控制器中的判定處理變得不必要，且可以詳細地顯示傾斜角的大小。因此，調整相對位置是比較容易的。
同樣地，顯示主體相對於水平面的傾斜角度的數位顯示器可以被用作顯示單元。並且有了這種配置，傾斜的角度的大小可以被詳細地顯示。
作為第一實施方式的修正例子，顯示單元7可以包括單一的LED或兩個LED。在顯示單元7包括單個LED的情況下，例如，當確定頭戴式顯示器是處於第一狀態時，單個LED可以被配置為只發光。在顯示單元7包括兩個LED的情況下，例如，當判定頭戴式顯示器是在第一狀態下時，一個LED可點亮，當判定頭式顯示在第二狀態下時，其他的LED可點亮。替代地，在顯示單 元7包括兩個LED的情況下，當判定頭戴式顯示器是在第一狀態下時，LED之每一者可取決於傾斜方向點亮。有了這樣的配置，能夠使裝置配置更簡單，其可以實現在整個頭戴式顯示器的重量和成本的減少。[0117]替代地，顯示單元7可以包括四個或更多的LED。有了這個，可以顯示關於傾斜角更詳細的資訊。[0118]替代地，判定結果可以藉由顯示單元7的LED閃爍被顯示。否則，判定結果也可藉由改變一段時間顯示，例如，當顯示單元7的LED點亮時。
另外，根據由使用者等的操作指令，圖像產生器的主體可能被配置為執行的虛擬圖像的位置，顏色，對比度，亮度等的調整，上述光學系統的失真的各種類型的修正，顏色漂移修正等在圖像信號的產生在同一時間。
應該注意的是，本技術也可以配置如下。
(1)一種頭戴式顯示器，包括用於檢測該頭戴式顯示器的傾斜角度之一檢測器；以及用於輸出該傾斜角度的一指示之一輸出單元。
(2)依據(1)之頭戴式顯示器，其中該檢測器包括一加速度感測器。
(3)依據(2)之頭戴式顯示器，其中該加速度感測器包括一雙軸感測器。
(4)依據(2)之頭戴式顯示器，其中該加速度感測器包括一三軸感測器。
(5)依據(1)之頭戴式顯示器，其中該檢測器包括一角 速度感測器。
(6)依據(5)之頭戴式顯示器，其中該檢測器包括一陀螺儀。
(7)依據(1)之頭戴式顯示器，其中該輸出單元包括一顯示單元。
(8)依據(7)之頭戴式顯示器，其中該顯示單元可操作以指示在一第一方向中的傾斜和在一第二方向中的傾斜之一者。
(9)依據(7)之頭戴式顯示器，其中該顯示器可操作以指示該傾斜角度是否小於一預定的角度。
(10)依據(7)之頭戴式顯示器，其中該顯示單元包括一或多個發光二極體。
(11)依據(10)之頭戴式顯示器，更包括一殼體，具有一左側表面和一右側表面，且其中該等發光二極體定位於該左側表面和該右側表面之一者上。
(12)依據(10)之頭戴式顯示器，更包括一殼體，具有一前側表面和一眼側表面，且其中該等發光二極體定位於該前側表面上。
(13)依據(7)之頭戴式顯示器，其中該顯示單元包括一或多個發光二極體，該等發光二極體之至少一者照明以指示在一第一方向中的一傾斜角度，該等發光二極體之至少另一者照明以指示在一第二方向中的一傾斜角度。
(14)依據(7)之頭戴式顯示器，其中該顯示單元包括一或多個發光二極體，該等發光二極體發射各自顏色的光， 一第一顏色指示在一第一方向或一第二方向中有一傾斜角度，以及一第二顏色指示該傾斜角度是零或大致為零。
(15)依據(14)之頭戴式顯示器，其中該第二顏色是綠色。
(16)依據(1)之頭戴式顯示器，其中該輸出單元包括一揚聲器。
(17)依據(16)之頭戴式顯示器，其中當該傾斜角度等於或大於一預定的角度時，產生一聲音。
(18)一種醫療系統，包括： 一頭戴式顯示器，其中該頭戴式顯示器包括一檢測器，用於檢測該頭戴式顯示器的一傾斜角度；以及一輸出單元，用於輸出該傾斜角度的一指示。
(19)依據(18)之醫療系統，其中該輸出單元包括一顯示單元。
(20)依據(19)之醫療系統，其中無論該傾斜角度是否小於一預定的角度，該顯示器可操作以指示。
(21)依據(18)之醫療系統，更包括可操作以捕捉三維圖像數據的一內視鏡裝置。
(22)依據(18)之醫療系統，更包括透過一高解析度多媒體介面耦合到該頭戴式顯示器之一處理單元。
(23)一種用於調整一頭戴式顯示器的方法，包括檢測該頭戴式顯示器的一傾斜角度；以及輸出該傾斜角度的一指示。
(24)一種頭戴式顯示器，包括： 一主體，包括一第一顯示表面，用於一左眼；以及一第二顯示表面，用於一右眼，該第一顯示表面和該第二顯示表面沿一第一軸方向佈置；一安裝部，其設置到該主體以可安裝在一使用者的一頭上，從而使該第一和該第二顯示表面和該使用者的該左眼和該右眼的彼此相對在垂直於該第一軸方向的一第二軸線方向；檢測器，其設置到該主體以檢測該主體繞一第一軸和垂直於該第一軸的一第二軸線之至少任一者的一傾斜，並產生關於該傾斜的一角度的一信號；以及一輸出單元，其被設置到主體以根據該檢測器的該信號輸出關於該傾斜的一角度資訊。
(25)依據(24)之頭戴式顯示器，該檢測器配置以產生關於相對於一水平平面的該傾斜的一角度之一信號。
(26)依據(25)之頭戴式顯示器，其中該輸出單元更包括一控制器，配置以根據該檢測器的該信號判定是否該頭戴式顯示器是在其中該傾斜的該角度等於或大於一預定的角度的一第一狀態中或在其中該傾斜角小於該預定角度的一第二狀態中，並且配置以根據該第一狀態和該第二狀態輸出不同的角度資訊。
(27)依據(26)之頭戴式顯示器，其中該控制器配置以當該控制器判定該頭戴式顯示器是在該第一狀態中時，更判定該主體的該傾斜的一方向相對於 繞該第二軸的該水平平面是否是一第一方向或與該第一方向不同的一第二方向。
(28)依據(24)到(27)任一者之頭戴式顯示器，其中所述輸出單元包括一顯示單元，配置以顯示的該角度資訊。
(29)依據(28)之頭戴式顯示器，其中該主體更包括彼此相對於該第一軸方向中的第一和第二側表面，以及該顯示單元設置到該第一和第二側表面中的至少任一者。
(30)依據(26)或(27)之頭戴式顯示器，其中該輸出單元包括一揚聲器，配置以根據該控制器的該判定輸出該角度資訊。
(31)依據(24)到(30)任一者之頭戴式顯示器，其中該檢測器包括一慣性感測器。
(32)依據(24)到(30)任一者之頭戴式顯示器，其中該安裝部包括用於調整該主體到該使用者的一相對位置的一調整器。
1‧‧‧頭戴式顯示器
5‧‧‧安裝部
4‧‧‧主體
41‧‧‧殼體
51,52‧‧‧帶
53‧‧‧調整器
531,532‧‧‧調整構件
541‧‧‧左附接構件
55‧‧‧前額墊
61‧‧‧加速度感測器
71‧‧‧顯示單元
711,712,713‧‧‧發光二極體
411‧‧‧第一側表面(左側表面)
413‧‧‧前表面
414‧‧‧眼側表面
415‧‧‧上表面
416‧‧‧下表面

Claims (20)

  1. 一種頭戴式顯示器，包含：一檢測器，包括設置在該頭戴式顯示器上的一位置之慣性感測器，用於檢測該位置相對於繞相對於該頭戴式顯示器的使用者的頭所定義之軸的一平面之一傾斜角度；及一輸出單元，用於輸出該傾斜角度的一指示。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示器，其中該檢測器包含一加速度感測器。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之頭戴式顯示器，其中該加速度感測器包含一雙軸感測器。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之頭戴式顯示器，其中該加速度感測器包含一三軸感測器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示器，其中該檢測器包含一角速度感測器。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之頭戴式顯示器，其中該檢測器包含一陀螺儀。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示器，其中該輸出單元包含一顯示單元。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之頭戴式顯示器，其中該顯示單元可操作以指示在一第一方向中的傾斜和在一第二方向中的傾斜之一者。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之頭戴式顯示器，其中該顯示器可操作以指示該傾斜角度是否小於一預定的角度。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之頭戴式顯示器，其中該顯示單元包含一或多個發光二極體。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之頭戴式顯示器，更包含一殼體，具有一左側表面和一右側表面，且其中該等發光二極體定位於該左側表面和該右側表面之一者上。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之頭戴式顯示器，更包含一殼體，具有一前側表面和一眼側表面，且其中該等發光二極體定位於該前側表面上。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之頭戴式顯示器，其中該顯示單元包含一或多個發光二極體，該等發光二極體之至少一者照明以指示在一第一方向中的一傾斜角度，該等發光二極體之至少另一者照明以指示在一第二方向中的一傾斜角度。
  14. 如申請專利範圍第7項所述之頭戴式顯示器，其中該顯示單元包含一或多個發光二極體，該等發光二極體發射各自顏色的光，一第一顏色指示在一第一方向或一第二方向中有一傾斜角度，以及一第二顏色指示該傾斜角度是零或大致為零。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之頭戴式顯示器，其中該第二顏色是綠色。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示器，其中該輸出單元包含一揚聲器。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之頭戴式顯示器，其中當該傾斜角度等於或大於一預定的角度時，產生一聲 音。
  18. 一種醫療系統，包含：一成像裝置，用於成像一患者的一患部；一頭戴式顯示器，其中該頭戴式顯示器包含一檢測器，包括設置在該頭戴式顯示器上的一位置之慣性感測器，用於檢測該位置相對於繞相對於該頭戴式顯示器的使用者的頭所定義之軸的一平面之一傾斜角度；以及一輸出單元，用於輸出該傾斜角度的一指示。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之醫療系統，其中該輸出單元包含一顯示單元。
  20. 一種用於調整一頭戴式顯示器的方法，包含：檢測該頭戴式顯示器上的一位置相對於繞相對於該頭戴式顯示器的使用者的頭所定義之軸的一平面之一傾斜角度；以及輸出該傾斜角度的一指示。
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