头戴式显示系统的制作方法

1.本发明涉及一种头戴式显示系统。


背景技术：

2.头戴式显示系统用于不同的应用，如在医疗过程期间将医学成像装置的图像显示给医疗人员。然而，佩戴头戴式显示系统的操作者可能必须例如在通过头戴式显示器显示的显微图像与宏观过程的真实环境之间转换视野。相对于所需的无菌环境，在医疗领域中简单地脱掉头戴式显示系统以获得真实场景的视野是不利的。因此，已知的头戴式显示系统配备有半透明显示器，以与提供真实环境的视野并行地显示图像。由于半透明显示器，真实环境的视野被遮挡，这导致细节的可见度较小和相应的风险。因此，已经提出了如下头戴式显示系统，该头戴式显示系统提供一种被配置成可手动枢转出操作者的视场的显示器。然而，由于显示器的电子控制元件，这种显示器的重量需要能够在每一个枢转位置牢固地保持显示器的相对刚性的支承结构。此外，显示器的重量可能在枢轴位置中的至少一些枢轴位置上给操作者带来不便。


技术实现要素：

3.因此，本发明的目的是提供一种改善的头戴式显示系统。
4.该目的通过根据权利要求1所述的头戴式显示系统来解决。本发明的其他方面以从属权利要求为准。
5.根据本发明，头戴式显示系统包括：至少一个头戴式显示器，其包括至少一个显示部分；承载件构件，其由操作者佩戴以可动地支承该至少一个头戴式显示器；以及至少一个控制装置，其被配置成控制该至少一个头戴式显示器，其中，该至少一个控制装置与头戴式显示器在空间上分离。
6.由于控制装置例如显示驱动板与头戴式显示器的空间分离，相应地减小头戴式显示器的重量。因此，减少了关于可移动头戴式的支承结构的需求。此外，可以改善相应头戴式显示系统的重量分布。控制装置可以附接至承载件构件，或者可以以其他方式附接至头戴式显示系统。控制装置还可以被配置成通过有线或无线连接来连接至头戴式显示系统，而不是例如附接至头戴式显示系统。
7.在一些实施方式中，至少一个头戴式显示器由承载件构件可枢转地支承，并且至少一个控制装置通过至少一个柔性导通元件连接到至少一个头戴式显示器。
8.例如，控制装置附接至承载件构件，其中柔性导通元件将控制信号从控制装置传送至头戴式显示器。由于柔性导通元件的柔性，头戴式显示器可以相对于承载件构件枢转而不影响到控制装置的连接。替选地或另外地，如上已经指示的，控制装置可以被配置成无线地传送控制信号。
9.特别地，至少一个柔性导通元件是同轴线缆，优选地是微型同轴线缆。
10.对于头戴式显示器的枢转，同轴线缆是在机械上耐用。替选地，刚柔复合电路板或
扁平带状线缆可以用于与头戴式显示器连接。然而，当头戴式显示器被配置成提供除了枢轴移动以外或替代枢轴移动的相对于承载件构件的横向移动时，同轴线缆还提供更多的灵活性。替代相应的枢轴移动或除了相应的枢轴移动以外，可以实现横向移动，以将头戴式显示器移出操作者的视野以及/或者将头戴式显示器调节到操作者的个体眼间距离和/或用于个体屈光度补偿。
11.根据一些实施方式，同轴线缆的内芯提供数据传输线，该数据传输线由第一隔离层围绕，然后由屏蔽层和随后的第二隔离层围绕。
12.上述层结构屏蔽作为高频数据线的内芯免受电磁干扰。类似地，作为同轴线缆的替代品的刚柔复合电路板或扁平带状线缆优选地提供夹在两个隔离层之间的数据线，这两个隔离层中的每一个隔离层之后是屏蔽层和随后的其他隔离层。
13.有利地，头戴式显示系统包括至少两个头戴式显示器，所述至少两个头戴式显示器中的每一个包括至少一个显示部分，并且其中，至少一个控制装置被配置成基于控制输入控制全部的所述至少两个头戴式显示器。
14.因此，当头戴式显示系统包括多于一个头戴式显示器时，可以通过一个控制装置控制头戴式显示器。
15.在具有多于一个头戴式显示器的一些实施方式中，头戴式显示器中的每一个通过至少一个柔性导通元件连接至控制装置，并且其中，至少一个控制装置被配置成通过柔性导通元件中的相应的一个控制至少两个头戴式显示器中的两个。
16.因此，控制装置被配置成基于单个控制输入控制头戴式显示器。单个控制输入不限于单个控制命令，并且还可以包括一组控制命令。替选地，头戴式显示器串联连接，并且一个控制命令或多个控制命令从控制装置传送至头戴式显示器中的第一头戴式显示器，并且从头戴式显示器中的第一头戴式显示器传送至随后的头戴式显示器等等。
17.特别地，控制装置被配置成独立地控制至少两个头戴式显示器中的每一个。
18.因此，控制装置可以包括处理器单元以处理接收到的控制输入并将一个控制命令或多个控制命令分配给头戴式显示系统中的一个和/或另一个。这样的分配可以取决于，例如要将图像显示给两个头戴式显示器同时仅向头戴式显示器中的一个显示文本信息的预设配置。控制还可以被配置成处理要显示的图像，例如以通过将相应处理过的图像提供给与操作者的右眼相关联的头戴式显示器和与用户的右眼相关联的头戴式显示器来提供3d图像。
19.根据一些实施方式，头戴式显示系统包括：至少两个头戴式显示器，该至少两个头戴式显示器中的每一个包括至少一个显示部分；以及两个控制装置，两个控制装置中的每一个通过柔性导通元件中的相应的一个连接至该至少两个头戴式显示器中的一个。
20.在这种配置中，该至少两个头戴式显示器不是由公共控制装置控制，而是每一个头戴式显示器通过相应连接提供分配给其的其自身的控制装置。因此，各个控制装置可以简易化，例如，可以不需要能够处理关于控制命令的单独分配的控制输入的处理器单元。此外，可以由于冗余原因实现多于一个控制装置，原因是所有控制装置同时故障的风险是较小的。因此，减少了全体显示丢失的风险。
21.有利地，控制装置包括sps连接器。
22.因此，控制装置被配置成接收其他信号和/或处理过的数据，而不需要通过控制装
置本身提供这样的信号和/或处理数据的相应能力。例如，各个信号和/或数据可以由imu(惯性测量单元)提供，该imu被配置成检测头戴式显示系统的位置和/或取向以根据头戴式显示系统的这样的位置和/或取向调节要显示的图像。替选地或另外地，可以将can总线连接至sps连接器以提供其他外部装置的信号和/或数据。
23.在一些实施方式中，头戴式显示系统包括用于相对于承载件构件枢转至少一个头戴式显示器的电机，并且其中，电机优选地被布置成偏离至少一个头戴式显示器的枢轴轴线。
24.特别地，关于所需的无菌处理，可以通过电机避免头戴式显示器的手动枢转。头戴式显示器的各个移动可以通过跟踪的手势、跟踪的头部和/或眼睛移动、脚踏开关和/或允许无菌操作的其他控制机构来控制。优选地，各个控制机构可以不需要与操作者的当前过程相关联的操作者的手的移动。
25.电机偏离头戴式显示器的枢轴轴线的布置可以改善重量分布。此外，重心可以从前置位置移位到头戴式显示器的更向后位置。因此，可以减少当操作者头部向前倾斜时头戴式显示器掉下或提供拉力的倾向。
26.由于控制装置可以提供与头戴式显示器的柔性连接，因此电机的偏移不会干扰这种连接。换句话说，由于控制装置可以在仅头戴式显示器枢转的情况下保持不动，所以电机可以偏离枢轴轴线而不需要其他调节。
27.优选地，头戴式显示系统被配置成显示医学成像装置的图像。
28.如已经由关于医疗过程的示例指示的，本发明的头戴式显示系统考虑到医疗过程提供了关于无菌处理和无菌操作要求的特定优点。
29.在一些实施方式中，医学成像装置是显微镜。
30.根据本发明的用于显示医学显微镜、优选地机器人医学显微镜的图像的头戴式系统允许操作者如外科医生以无菌方式从微观到宏观改变视野和从宏观到微观改变视野，并且其中头戴式显示系统具有关于重量和重量分布的改善的人体工程学。
31.在一些实施方式中，医学成像装置是内窥镜。
32.在此，与关于显微镜的优点相同的优点适用。
33.本公开内容的其他优点、方面和细节以权利要求、以下对应用本公开内容和附图的原理的优选实施方式的描述为准。在图中，相同的附图标记表示相同的特征和功能。
附图说明
34.图1是根据第一示例性实施方式的具有控制装置的头戴式显示系统的示意透视图；
35.图2是根据第二示例性实施方式的具有控制装置的头戴式显示系统的示意透视图；
36.图3是根据第二实施方式的头戴式显示系统的示意前视图；
37.图4是根据第二实施方式的控制装置和柔性导通元件的示意图；
38.图5是作为柔性导通元件的示例性实施方式的同轴线缆的局部截面透视图；
39.图6是作为柔性导通元件的另一示例性实施方式的两侧屏蔽的刚柔复合电路板的截面图；以及
40.图7是作为柔性导通元件的另一示例性实施方式的一侧屏蔽的刚柔复合电路板的截面图。
具体实施方式
41.图1示出了根据第一示例性实施方式的具有控制装置30的头戴式显示系统1的示意透视图。头戴式显示系统1还包括承载件构件20和两个头戴式显示器10a和10b，所述头戴式显示器10a和10b中的每一个分别包括显示部分11a和11b。头戴式显示器可由承载件构件20枢转地支承。
42.控制装置30被配置成分别向头戴式显示器10a、10b和显示部分11a、11b提供医学成像装置(未示出)，如显微镜或内窥镜的图像。此外，控制装置30被配置成例如通过调整对比度、亮度和/或放大率来控制所显示的图像。替选地或另外地，控制装置30可以被配置成还将其他信息如文本信息或光学警报信号提供给头戴式显示系统10a、10b中的至少一个以及/或者独立于显示图像和/或其他信息控制其他功能。控制装置30还可以被配置成从头戴式显示器10a、10b接收信号。
43.为了给头戴式显示器10a、10b提供相应的控制信号，头戴式显示器10a、10b中的每一个通过柔性导通元件(在此，是同轴线缆31)连接至控制装置30。要与头戴式显示器10a、10b中的一个连接的相应同轴线缆31的相应端部直接连接至相应的显示部分11a、11b。在替选实施方式中，相应同轴线缆31的端部还可以连接至相应的头戴式显示器10a、10b的处理器，以进一步处理图像信号或者向与显示部分11a、11b不同的另一部件提供信号。
44.根据第一实施方式，控制装置30被配置为单处理单元。即，头戴式显示器10a和10b两者都接收根据对控制装置30的控制输入的相同的信号。
45.图2示出了根据第二示例性实施方式的具有控制装置30
′
的头戴式显示系统1
′
的示意透视图。第二实施方式与第一实施方式的不同之处在于，控制装置30
′
被配置为立体处理单元，即，可以独立地控制头戴式显示器10a和10b。因此，控制装置30
′
包括两个不同的处理单元30
′
a、30
′
b(图4)。在替选实施方式中，共同的处理器相应地被分成两个部分以提供这样的功能。根据第二实施方式，两个处理单元30
′
a、30
′
b被配置成：在给与其连接的相应头戴式显示器10a、10b分配控制信号方面，以不同的方式处理控制输入。要分配给头戴式显示器10a、10b的源于控制输入的所有控制信号没有必要不同，控制信号在任何情况下也都没有必要不同。因此，头戴式显示器10a、10b的独立控制可以例如取决于控制输入的类型、预定设置和/或定义的触发事件。例如，在二维显示模式中，控制装置30
′
的处理单元30
′
a、30
′
b中的每一个分别为头戴式显示器10a、10b和显示部分11a、11b中的每一个提供相同的图像信号。然而，当控制输入或用户输入作为触发事件请求三维显示模式时，控制装置30
′
的处理单元30
′
a、30
′
b中的至少一个相应地调节成像数据以给显示部分11a、11b提供不同的图像以再现三维效果。在替选实施方式中，立体处理单元可以接收针对头戴式显示器10a、10b中的每一个的单独的控制输入。换句话说，立体处理单元提供两个单独的信号通道。
46.图3示出了根据第二实施方式的头戴式显示系统1
′
的示意前视图。然而，以下描述也可以类似地应用于第一实施方式。
47.如由枢轴轴线o所示，头戴式显示器10a、10b可由承载件构件20枢转地支承。这里，
头戴式显示器10a、10b可以彼此独立地枢转。然而，在变型中，头戴式显示系统1
′
可以被配置成同时枢转头戴式显示器10a、10b。
48.当头戴式显示器10a、10b围绕轴线o枢转，或者头戴式显示器10a、10b中的至少一个围绕轴线o枢转时，控制装置30
′
被布置成在承载件构件20中不动。因此，存在控制装置30与相应的头戴式显示器10a、10b之间的相对移动。然而，由于同轴线缆31，没有在原则上阻碍相对移动，连接也不容易被破坏。
49.此外，头戴式显示器10a、10b的枢转由电机40实现。通过相应的可切换传动系统(未示出)实现头戴式显示器10a、10b的独立移动。在替选实施方式中，头戴式显示器10a、10b中的每一个可以由单独的电机驱动。在示例性实施方式中，电机40被布置成偏离枢轴轴线o。因此，电机40的重量被移位到提供头戴式显示系统1
′
的更好平衡的位置，因此可以实现佩戴头戴式显示系统1
′
的操作者的改善的舒适度。
50.图4示出了根据第二实施方式的控制装置30
′
和柔性导通元件的示意图。更确切地说，两个同轴线缆31各自经由连接接口30
′
c、30
′
d连接至控制装置30
′
。连接接口30
′
c与处理单元30
′
a相关联，以向头戴式显示器10a提供控制信号，并且连接接口30
′
d与处理单元30
′
b相关联，以向头戴式显示器10b提供控制信号。此外，控制装置30
′
包括sps连接器32以允许接收其他信号和命令，而无需在控制装置30
′
上提供用于这种信号生成的相应部件。
51.图5示出了作为柔性导通元件的示例性实施方式并且如图1至图5所示的同轴线缆31的局部截面透视图。数据传输线31a完成数据传输。为了屏蔽数据传输线31a免受电磁干扰，数据传输线31a被第一隔离层31b围绕，然后被屏蔽层31c和随后的第二隔离层31d围绕。
52.图6示出了作为柔性导通元件的另一示例性实施方式的两侧屏蔽的刚柔复合电路板31
′
的截面图。刚柔复合电路板31
′
提供与同轴线缆31类似的构造，不同之处在于数据传输线31
′
a不被各个层围绕，而是由这样的层夹在中间。具体地，数据传输线31
′
a夹在两个第一隔离层31
′
b之间，然后夹在相应的屏蔽层31
′
c和随后的第二隔离层31
′
d之间。层构造由例如由聚酰亚胺制成的覆盖层31
′
e覆盖。
53.作为变型，图7示出了作为柔性导通元件的另一示例性实施方式的一侧屏蔽的刚柔复合电路板32
″
的截面图。从数据传输线31
′
a开始沿一个方向到外部，刚柔复合电路板32
″
提供与数据传输线31
′
a相邻的第一隔离层，然后是屏蔽层31
′
c、随后的第二隔离层31
′
d和覆盖层31
′
e。在数据传输线31
′
a的相对侧上，第一隔离层31
′
b与数据传输线31
′
a相邻设置，然后是覆盖层31
′
e。
54.应当注意，给定的示例是具体实施方式，而不旨在限制权利要求中给出的保护范围。特别地，一个实施方式的单个特征可以与另一实施方式组合。此外，如所述的头戴式显示系统的不同部件可以被其他部件代替。例如，刚柔复合电路板可以被平带线缆代替。
55.附图标记列表
56.1、1
′ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
头戴式显示系统
57.10a、10b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
头戴式显示器
58.11a、11b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
显示部分
59.20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
承载件构件
60.30、30
′ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制装置
61.30
′
a、30
′bꢀꢀꢀ
处理单元
62.30
′
c、30
′dꢀꢀꢀ
连接接口
63.31
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
同轴线缆(柔性导通元件)
64.31
′
、31
″ꢀꢀꢀꢀꢀ
刚柔复合电路板(柔性导通元件)
65.31a、31
′aꢀꢀꢀꢀ
数据传输线
66.31b、31
′bꢀꢀꢀꢀ
第一隔离层
67.31c、31
′cꢀꢀꢀꢀ
屏蔽层
68.31d、31
′dꢀꢀꢀꢀ
第二隔离层
69.31
′eꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
覆盖层
70.32
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
sps连接器
71.40
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电机
72.o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
枢轴轴线。