特開 2024-133585 移動可能なディスプレイシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024133585

(43)【公開日】2024-10-02

(54)【発明の名称】移動可能なディスプレイシステム

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/35 20160101AFI20240925BHJP

【ＦＩ】

A61B34/35

【審査請求】有

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024107669

(22)【出願日】2024-07-03

(62)【分割の表示】P 2022512304の分割

【原出願日】2020-08-21

(31)【優先権主張番号】62/890,844

(32)【優先日】2019-08-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】510253996

【氏名又は名称】インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110004381

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＴＯＨ

(72)【発明者】

【氏名】スウィーニー，チャールズ エー．

(72)【発明者】

【氏名】ルーク，スコット オー．

(72)【発明者】

【氏名】ワルド，マイケル シー．

(72)【発明者】

【氏名】トンプソン，アレン シー．

(72)【発明者】

【氏名】ゴールドバーグ，ランダル ピー．

(72)【発明者】

【氏名】リー，ぺリング ジー．

(72)【発明者】

【氏名】ヒンウィー，プッシュカー

(72)【発明者】

【氏名】ヴェルナー，ロートン エヌ．

(72)【発明者】

【氏名】リンチ，ゴーラン エー．

(72)【発明者】

【氏名】ブランチャード，ラッセル エル．イー．

(57)【要約】

【課題】従来技術の問題を解決する。
【解決手段】実装は、可動ディスプレイシステムに関する。幾つかの実装では、制御ユニットが、第１の支持体と、第１の支持体に結合された第２の支持体とを含む。第２の支持体は、第１の支持体に対して第１の自由度で第１の軸に沿って直線的に並進可能であり、第２の支持体の少なくとも一部分は、第１の支持体に対して第２の自由度で第２の軸に沿って直線的に並進可能である。制御ユニットは、第２の支持体に回転可能に結合されるディスプレイユニットを含む。ディスプレイユニットは、第２の支持体に対して第３の自由度で第３の軸について回転可能であり、ディスプレイユニットは、ディスプレイデバイスを含む。
【選択図】図３２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の支持体と、
前記第１の支持体に結合される第２の支持体と、
前記第２の支持体に回転可能に結合されるディスプレイユニットと、を含み、
前記第２の支持体は、前記第１の支持体に対して第１の自由度において第１の軸に沿って直線的に並進可能であり、前記第２の支持体の少なくとも一部分は、前記第１の支持体に対して第２の自由度において第２の軸に沿って直線的に並進可能であり、
前記ディスプレイユニットは、前記第２の支持体に対して第３の自由度において第３の軸について回転可能であり、前記ディスプレイユニットは、ディスプレイデバイスを含む、
制御ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の参照）
本出願は、２０１９年８月２３日に出願された「Moveable Display System」という名称の米国仮特許出願第６２／８９０，８４４号の優先権を主張し、その全文が参照により本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

ディスプレイスクリーン、ウェアラブルディスプレイデバイス、プロジェクタなどを含むディスプレイデバイスは、様々なデバイス及び用途において使用される。幾つかの用途において、ディスプレイデバイスは、シーンのビュー(眺望)を提供するカメラによってキャプチャされた画像を出力する。

【0003】

幾つかの用途において、ディスプレイデバイスは、他のデバイスと共に使用されることができ、ユーザが、例えば、他のデバイスを操作することと連動してディスプレイデバイスによって提供される表示されるビューを観察することを可能にする。例えば、遠隔操作システムでは、ユーザが、典型的には、作業場所で、マニピュレータシステムのような制御されたデバイスの動き及び／又は他の機能を遠隔制御する（例えば、遠隔操作する）ために、制御入力デバイスを作動させる。幾つかの例において、遠隔操作手術システムでは、ユーザが、制御入力デバイスを作動させて、外科器具及び他のデバイスを操作して、手術部位で外科手術を行う。制御入力デバイスは、しばしば、ピンチャーグリップ、ジョイスティック、外骨格グローブ、又は同等物のような、手入力デバイスを含む。外科的又は他の医療タスクの幾つかの例において、手入力デバイスは、針の保持もしくは駆動、血管の把持、又は組織の解離、焼灼もしくは凝固のような機能を行う、組織グラスパ、ニードルドライバ、電気外科的焼灼プローブ、カメラなどのような、様々な外科器具を制御することがある。他のアプリケーションは、遠隔操作システムを使用して作業場所で実行される様々な遠隔操作されるタスクを含むことができる。

【0004】

様々な遠隔操作システムでは、ディスプレイユニットが制御入力デバイスと共に使用される。例えば、ディスプレイユニットは、作業部位でカメラによって取り込まれるような遠隔作業場所又はその部分のビューを示す画像を表示するディスプレイデバイスを含むことができる。ユーザが、制御入力デバイスを操作し、マニピュレータデバイスを制御して、ディスプレイユニットによって表示される作業部位のビューを観察しながら、作業部位でタスクを行うことができるように、ディスプレイユニットは、機械的に接地された支持体によって保持されることができる。他のシステムは、例えば、作業部位で発生するタスク又はイベントを監視するために、ユーザが制御入力デバイスを使用することなく、作業部位の表示されるビューをそのユーザに提供するディスプレイユニットを含むこともある。これらのシステムの幾つかにおいて、ユーザは、手入力デバイスを操作してカメラを操作することによって表示されるビューを調節する、例えば、カメラのビューを回転、パン及びズームして、作業部位の所望の倍率及び視認角(angles of view)を得ることができる。これは、作業部位のビューが、より明確なプレゼンテーションのためにカスタマイズされることを可能にし、作業部位でのタスクが、ユーザによってカスタマイズされるビューに基づいて正確に行われることを可能にする。

【0005】

しかしながら、遠隔操作システムは、限定的な視認領域(viewing area)を有し（例えば、ユーザがビューポート又は接眼レンズを通じて見なければならず）、ユーザに対するその位置において静的且つ剛性である、視認デバイス(viewing device)を提供することがある。ユーザは、視認デバイスを使用し得るように、システム動作中に、ユーザの頭及び身体の位置を視認デバイスに対して適合させなければならない。例えば、ユーザにより近い物体を見るために下を見ることを望むユーザは、ユーザが視認デバイスの限定的な視認領域内で画像を見続けることができるように、自分の頭を傾けることなく自分の眼を下方に調節しなければならない。

【0006】

更に、視認デバイスにおいて表示されるビューの操作は、幾つかのシステムのユーザにとって挑戦的であり得る。例えば、ユーザが、作業部位でマニピュレータ器具を動かすために制御入力デバイスの手入力デバイスを把持しているならば、視認デバイスにおけるビューを調整することは、ユーザが、制御入力デバイスに手入力を提供し、且つ／或いは異なる制御モードに入って、表示されるビューを変更することを必要とすることがある。そのような動作は、典型的には、ユーザが、ビュー調整を行うために、マニピュレータ器具の操作を中断及び一時停止することを必要とし、よって、タスクを実行するときに注意散漫及び潜在的な不正確さを生じさせる。更に、眼追跡センサ又は音声コマンドのような、表示されるビューを制御する幾つかのハンズフリーな方法は、しばしば、正確でなく、信頼性もなく、ユーザから提供されるコマンドに曖昧さを持ち込む可能性がある。

【発明の概要】

【0007】

本出願の実装は、可動ディスプレイシステムに関する。幾つかの実装では、制御ユニットが、第１の支持体と、第１の支持体に結合される第２の支持体とを含む。第２の支持体は、第１の支持体に対して第１の自由度において第１の軸に沿って直線的に並進可能であり、第２の支持体の少なくとも一部分は、第１の支持体に対して第２自由度において第２の軸に沿って直線的に並進可能である。制御ユニットは、第２の支持体に回転可能に結合されるディスプレイユニットを含み、ディスプレイユニットは、第２の支持体に対して第３の自由度において第３の軸について回転可能であり、ディスプレイユニットは、ディスプレイデバイスを含む。

【0008】

制御ユニットの幾つかの実装において、第１の軸は、第２の軸に対して直交し、第３の軸は、第１の軸に対して直交し、第２の軸に対して直交する。幾つかの実装において、第１の支持体及び第２の支持体は、互いに対する向きにおいて固定される。幾つかの実装において、第１の支持体は、第１の伸縮自在なベース部分と、第２の伸縮自在なベース部分とを含み、第２の伸縮自在なベース部分は、第１の伸縮自在なベース部分に対して第１の軸に沿って直線的に並進可能であり、第２の支持体は、第１の伸縮自在なアーム部分と、第２の伸縮自在なアーム部分とを含み、第２の伸縮自在なアーム部分は、第１の伸縮自在なアーム部分に対して第２の軸に沿って直線的に並進可能であり、第１の支持体の第２の伸縮自在なベース部分は、第２の支持体の第１の伸縮自在なアーム部分に強固に結合される。幾つかの実装において、第２の支持体は、中間支持体によって第１の支持体に結合され、中間支持体は、互いに直交する垂直部分に強固に結合される水平部分を含み、第２の支持体は、中間支持体に対して第２の自由度において水平に並進可能であり、中間支持体及び第２の支持体は、第１の支持体に対して第１の自由度において垂直に並進可能である。

【0009】

幾つかの実装において、ディスプレイユニットは、第２の支持体の端に回転可能に結合される傾斜部材を含み、傾斜部材は、第３の自由度において第３の軸について回転可能であり、ディスプレイユニットは、傾斜部材に結合され、第４の自由度において傾斜部材に対して移動可能である。例えば、ディスプレイユニットは、第４の自由度において傾斜部材に対して第４の軸について回転可能であり、第４の軸は、第３の軸に対して直交する。幾つかの例において、制御ユニットは、第４の自由度において第４の軸についてディスプレイユニットに対して力を出力するように構成されるアクチュエータを更に含む。幾つかの実装において、第２の支持体の部分は、２つのヨーク部材を含むヨーク部分を含み、ディスプレイユニットは、２つのヨーク部材に回転可能に結合され、２つのヨーク部材の間に位置付けられる。幾つかの実装において、制御ユニットは、第１のアクチュエータと、第２のアクチュエータと、第３のアクチュエータとを更に含み、第１のアクチュエータは、第１の自由度においてディスプレイユニットに対して第１の力を出力するように構成され、第２のアクチュエータは、第２の自由度においてディスプレイユニットに対して第２の力を出力するように構成され、第３のアクチュエータは、第３の自由度においてディスプレイユニットに対して第３の力を出力するように構成される。例えば、第１のアクチュエータ、第２のアクチュエータ及び第３のアクチュエータは、第１の力、第２の力及び第３の力を組み合わせにおいて出力して、画定されたピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を引き起こすように構成されることができる。

【0010】

幾つかの実装において、ディスプレイユニットは、ディスプレイユニットに設けられ、ユーザの頭から入力を受信するように構成される、頭入力デバイス、及び／又は、ディスプレイユニットに設けられ、ユーザの手から入力を受信するように構成される、手入力デバイスを含む。幾つかの実装において、制御ユニットは、遠隔操作マニピュレータシステムの１つ以上の機能を制御するためにユーザによって操作可能な制御入力デバイスを含むデバイスに結合される。

【0011】

幾つかの実装では、遠隔操作システム制御ユニットが、第１の部分と、第２の部分とを有する、垂直部材と、第１の部分と、第２の部分とを有する、水平部材と、水平部材の第２の部分に回転可能に結合され、水平部材に対して傾斜軸について回転可能である、ディスプレイユニットと、を含み、垂直部材の第２の部分は、垂直部材の第１の部分に対して垂直軸に沿って直線的に並進可能であり、水平部材の第１の部分は、垂直部材の第２の部分に強固に結合され、水平部材の第２の部分は、水平部材の第１の部分に対して水平軸に沿って直線的に並進可能であり、ディスプレイユニットは、ディスプレイデバイスを含む。

【0012】

遠隔操作システム制御ユニットの様々な実装において、垂直部材の第１の部分及び垂直部材の第２の部分は、伸縮自在に結合され、水平部材の第１の部分及び水平部材の第２の部分は、伸縮自在に結合される。幾つかの実装では、傾斜部材が、ディスプレイユニットに結合され、水平部材の第２の部分に回転可能に結合される、ディスプレイユニット及び傾斜部材は、傾斜軸について回転可能である。幾つかの実装において、水平部材の第２の部分は、２つの平行な部材を含むヨーク部分を含み、ディスプレイユニットは、２つの平行な部材に回転可能に結合され、２つの平行な部材の間に位置付けられる。幾つかの実装において、遠隔操作システム制御ユニットは、第１のアクチュエータ、第２のアクチュエータ、第３のアクチュエータ及び／又は第４のアクチュエータを更に含み、第１のアクチュエータは、垂直部材の第２の部分に対して第１の力を出力するように構成され、第２のアクチュエータは、水平部材の第２の部分に対して第２の力を出力するように構成され、第３のアクチュエータは、傾斜軸についてディスプレイユニットに対して第３の力を出力するように構成され、第４のアクチュエータは、第４の自由度において第４の軸についてディスプレイユニットに対して第４の力を出力するように構成され、ディスプレイユニットは、第４の自由度において傾斜部材に対して回転可能である。

【0013】

幾つかの実装において、ディスプレイユニットは、画定されたピボット軸について回転可能であり、画定されたピボット軸についてのディスプレイユニットの回転は、垂直部材の第２の部分の直線的な移動、水平部材の第２の部分の直線的な移動及びディスプレイユニットの回転的な移動の協調された組み合わせによって引き起こされる。例えば、画定されたピボット軸は、ユーザがディスプレイユニットを作動させるときに画定されたピボット軸がユーザの首を通じて延びるような場所に位置付けられることができ、頭入力デバイスを作動させるユーザの前頭部と接触するように構成される点でディスプレイユニットに設けられる頭入力デバイスを通じて延びることができ、ディスプレイユニットを作動させるユーザの眼を通じて延びる眼軸と一致することができ、或いはディスプレイユニットに設けられる手入力デバイス、例えば、ユーザがディスプレイユニットを作動させるときにユーザの手によって作動されるように構成される手入力デバイスを通じて延びることができる。幾つかの実装において、ディスプレイユニットは、第４の自由度において水平部材に対してヨー軸について回転可能であり、ヨー軸は、傾斜軸に対して直交する。幾つかの実装において、遠隔操作システム制御ユニットは、遠隔操作マニピュレータシステムの１つ以上の機能を制御するためにユーザによって操作可能な制御入力デバイスを含むデバイスに結合される。

【0014】

幾つかの実装では、制御ユニットが、支持機構と、制御システムとを含む。前持機構は、複数のリンクを含む支持リンク機構と、支持リンク機構に結合されるディスプレイユニットと、支持リンク機構に結合される複数のアクチュエータとを含む。ディスプレイユニットは、複数のリンクの間の相対的な移動に基づいて複数の自由度において移動可能であり、ディスプレイユニットは、ディスプレイデバイスを含む。制御システムは、支持機構と通信し、複数のアクチュエータのうちの１つ以上に制御信号を提供して、ディスプレイユニットを画定されたピボット軸について回転させるように構成される。画定されたピボット軸についての回転は、複数の自由度のうちの少なくとも２つにおけるディスプレイユニットの移動に起因する。

【0015】

制御ユニットの様々な実装において、複数のリンクは、複数のリンクの異なるリンクに回転可能に結合される傾斜部材を含み、傾斜部材は、傾斜軸について回転可能であり、ディスプレイユニットは、傾斜部材に回転可能に結合され、画定されたピボット軸と傾斜軸との間の距離は、画定されたピボット軸についてのディスプレイユニットの回転中に固定されている。様々な実装において、支持リンク機構の複数の自由度は、直線的な第１の自由度、直線的な第２の自由度、回転的な第３の自由度又は回転的な第４の自由度のうちの２つ以上を含む。幾つかの例において、画定されたピボット軸は、ディスプレイユニットを作動させるユーザの首を通じて延びる水平軸であり、ディスプレイユニットを作動させるユーザの眼を通じて延びる軸と整列させられる水平軸であり、ディスプレイユニットに設けられる入力デバイスの部分を通じて延びる軸と整列させられる水平軸であり、入力デバイスの部分は、ディスプレイユニットを作動させる前記ユーザの前頭部と接触するように構成され、或いはディスプレイユニットに設けられる手入力デバイスの部分を通じて延びる軸と整列させられる水平軸であり、手入力デバイスは、ディスプレイユニット及び手入力デバイスを作動させるユーザの手によって作動されるように構成される。更なる例において、画定されたピボット軸は、制御ユニットへのユーザ入力に基づいて空間内で調整可能である。

【0016】

幾つかの実装において、制御システムは、アクチュエータを制御する制御信号を提供して、ディスプレイユニットを画定されたピボット軸について移動させて、制御ユニットを作動させるユーザの頭の動きに従うように構成される。幾つかの例示的な実装において、ディスプレイユニットは、ユーザの頭に取り付けられない。幾つかの実装において、制御システムは、制御入力デバイスと通信し、制御入力デバイスからコマンドを受信して、コマンドに基づく信号を遠隔操作マニピュレータシステムに送信するように構成される。

【0017】

幾つかの実装では、制御ユニットが、支持体と、支持体に結合される湾曲トラックと、湾曲トラックに結合されるディスプレイユニットとを含み、ディスプレイユニットは、ディスプレイデバイスを含み、回転自由度においてヨー軸について回転可能であるように湾曲トラックによって案内される。幾つかの実装において、ディスプレイユニットは、ディスプレイユニットを作動させるユーザに対して湾曲トラックに沿って左右に移動可能であり、ヨー軸は、ユーザに対して垂直に延びる。幾つかの実装において、支持体は、互いに対して移動可能な複数のリンクを有するリンク機構を含み、複数のリンクは、ディスプレイユニットが少なくとも１つの追加的な自由度において移動することを可能にし、アクチュエータが、ディスプレイユニットに結合され、ディスプレイユニットを回転自由度において移動させる回転自由度における力を出力するように構成される。幾つかの例において、ディスプレイユニットは、湾曲トラックに強固に結合されることができ、湾曲トラックは、支持体に摺動可能に結合され、或いは、ディスプレイユニットは、湾曲トラックに摺動可能に結合されることができ、湾曲トラックは、支持体に強固に結合される。

【0018】

幾つかの実装では、方法が、第１の入力デバイスでユーザ入力を受信することと、ディスプレイユニットに結合される支持リンク機構によって提供される１つ以上の自由度においてディスプレイユニットの移動を引き起こすこととを含む。ディスプレイユニットは、ディスプレイデバイスを含む。移動は、第１のユーザ入力に基づき、移動を引き起こすことは、支持リンク機構の第２のリンクを、第１の自由度において第１の軸に沿って支持リンク機構の第１のリンクに対して直線的に並進させることと、第２のリンクの部分を、第２の自由度において第２の軸に沿って第１のリンクに対して直線的に並進させることと、ディスプレイユニットを、第２のリンクに対して第３の自由度において第３の軸についての回転させることとを含む。

【0019】

幾つかの実装において、第１のユーザ入力は、ユーザの頭から入力を受信するディスプレイユニットに設けられる頭入力デバイス、及び／又はユーザの手から入力を受信するディスプレイユニットに設けられる手入力デバイスのうちの少なくとも１つから受信される。幾つかの実装において、ディスプレイユニットの移動を引き起こすことは、ディスプレイユニットを、第４の自由度において第２のリンクに対して第４の軸について回転させることを含み、第４の軸は、第３の軸に対して直交する。幾つかの実装において、方法は、（例えば、支持リンク機構に結合される）第２の入力デバイスで第２のユーザ入力を受信することと、第２のユーザ入力に基づいて、器具アクチュエータを制御してマニピュレータ器具を空間内で移動させることとを含む。例えば、ディスプレイユニットは、マニピュレータ器具が作動する作業空間のビュー(眺望)を表示することができる。幾つかの実装において、方法は、第１のユーザ入力に従って（或いはさもなければディスプレイユニットの移動に従って）ディスプレイユニットのディスプレイデバイスによって表示される画像を更新することを更に含む。幾つかの実装において、方法は、マニピュレータシステムのアクチュエータに、第１のユーザ入力に従ってマニピュレータシステムの画像キャプチャデバイスを移動させることを含み、画像データが画像キャプチャデバイスから受信され、ディスプレイユニットのディスプレイデバイスによって表示される。

【0020】

幾つかの実装では、制御ユニットが、第１の入力デバイスで第１のユーザ入力を受信する手段と、第１のユーザ入力に基づいて、ディスプレイユニットに結合される支持リンク機構によって提供される１つ以上の自由度においてディスプレイユニットの移動を引き起こす手段とを含む。ディスプレイユニットは、ディスプレイデバイスを含む。ディスプレイユニットの移動を引き起こす手段は、支持リンク機構の第２のリンクを、第１の自由度において第１の軸に沿って第１のリンクに対して直線的に並進させる手段と、第２のリンクの一部分を、第２の自由度において第２の軸に沿って第１のリンクに対して直線的に並進させる手段と、ディスプレイユニットを、第２のリンクに対して第３の自由度において第３の軸について回転させる手段とを含む。幾つかの実装において、制御ユニットは、第２のユーザ入力を受信する手段と、第２のユーザ入力に基づいて、スレーブ器具アクチュエータを制御して空間内でスレーブ器具を移動させる手段とを更に含む。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】幾つかの実装に従った、制御入力デバイス、ディスプレイシステム、及びマニピュレータデバイスを含む、例示的な遠隔操作手術システムの概略図である

【0022】

【図2】幾つかの実装に従った、制御入力デバイスと、ディスプレイシステムとを含む、ユーザ制御システムの正面図である；

【0023】

【図3】幾つかの実装に従った、例示的なディスプレイシステムの斜視図側面図である。

【図4】幾つかの実装に従った、例示的なディスプレイシステムの正面図である。

【図5】幾つかの実装に従った、例示的なディスプレイシステムの側面図である。

【0024】

【図6】幾つかの実装に従った、ディスプレイシステムの一部分の別の例の側面図である。

【0025】

【図7】幾つかの実装に従った、ディスプレイシステムの一部分の更に別の例の側面図である

【0026】

【図8】幾つかの実装に従った、画定された首ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【図9】幾つかの実装に従った、画定された首ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【図10】幾つかの実装に従った、画定された首ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【図11】幾つかの実装に従った、画定された首ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【0027】

【図12】幾つかの実装に従った、画定された眼ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示す図８のディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【図13】幾つかの実装に従った、画定された眼ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示す図８のディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【図14】幾つかの実装に従った、画定された眼ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示す図８のディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【0028】

【図15】幾つかの実装に従った、ディスプレイシステムのための例示的なベース支持体の斜視図である。

【図16】幾つかの実装に従った、ディスプレイシステムのための例示的なベース支持体の側面図である。

【0029】

【図17】幾つかの実装に従った、ディスプレイシステムのための例示的なアーム支持体の斜視図である。

【図18】幾つかの実装に従った、ディスプレイシステムのための例示的なアーム支持体の側面図である。

【0030】

【図19】幾つかの実装に従った、例示的な傾斜機構の側面図である。

【図20】幾つかの実装に従った、例示的な傾斜機構の正面図である。

【図21】幾つかの実装に従った、例示的な傾斜機構の斜視図である。

【0031】

【図22】幾つかの実装に従った、例示的なディスプレイユニット機構の斜視図である。

【0032】

【図23】幾つかの実装に従った、ディスプレイシステムの別の実装の斜視図である。

【図24】幾つかの実装に従った、ディスプレイシステムの別の実装の正面図である。

【図25】幾つかの実装に従った、ディスプレイシステムの別の実装の側面図である。

【0033】

【図26】幾つかの実装に従った、画定された首ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【図27】幾つかの実装に従った、画定された首ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【図28】幾つかの実装に従った、画定された首ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【図29】幾つかの実装に従った、画定された首ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【0034】

【図30】幾つかの実装に従った、画定された眼ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示す図２６のディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【図31】幾つかの実装に従った、画定された眼ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示す図２６のディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【0035】

【図32】幾つかの実装に従った、ディスプレイシステムの別の実装の斜視図である。

【0036】

【図33】幾つかの実装に従った、図３２のディスプレイシステムの一部分の正面図である。

【図34】幾つかの実装に従った、図３２のディスプレイシステムの一部分の側面図である。

【図35】幾つかの実装に従った、図３２のディスプレイシステムの一部分の頂面図である。

【図36】幾つかの実装に従った、図３２のディスプレイシステムの一部分の底面図である。

【0037】

【図37】幾つかの実装に従った、図３２のディスプレイシステムの一部分の斜視図である。

【図38】幾つかの実装に従った、図３２のディスプレイシステムの一部分の斜視図である。

【0038】

【図39】幾つかの実装に従った、画定されたピボット軸を示す図３２のディスプレイシステムの一部分ｎの側面図である。

【0039】

【図40】幾つかの実装に従った、記載のディスプレイシステムと共に使用されることができる制御入力デバイスの例示的な部分の斜視図である。

【0040】

【図41】幾つかの実装に従った、本明細書に記載する１つ以上の構成を含むディスプレイシステムを作動させるための例示的な方法を示すフロー図である。

【0041】

【図42】本明細書に記載する１つ以上の実装と共に使用されることができる例示的なマスタ－スレーブシステムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

実装は、見ている(viewing)ユーザに対応する及び／又は応答する可動ディスプレイシステムに関する。例えば、幾つかの実装において、ディスプレイシステムは、ユーザが遠隔操作システムの制御入力デバイスのような１つ以上の他のデバイスを作動させる間に、作業部位又は環境の表示されたビューをユーザに提供するように、ユーザ制御システムにおいて使用される。本明細書でより詳細に記載するように、実装は、ユーザの頭の動きに順応し且つ／或いは追従する方法において見られるディスプレイユニットを動かすようにユーザの動きに応答する、ディスプレイシステムを提供する。様々な例において、ディスプレイシステムは、画像を表示し、機械的に接地される、ディスプレイユニットを含むことができることで、ユーザが、ディスプレイユニットの出力を見ながら、手作動及び／又は足作動制御入力デバイスのような、他のデバイスを操作することを可能にする。幾つかの実装は、ディスプレイシステムを介して提供されるユーザ入力に応答するカメラ画像を介してディスプレイユニットによって作業部位の様々なビュー(眺望)を提供することができる。

【0043】

ディスプレイシステムの記述する構成は、ディスプレイユニットに複数の自由度を提供する支持リンク機構を含む。支持リンク機構は、第１の部分と第２の部分とを有する第１の（例えば、垂直な）支持体を含み、第２の部分は、第１の部分（例えば、伸縮部分）に対して垂直軸に沿って直線的に並進可能である。支持リンク機構は、垂直支持体に強固に(rigidly)結合され、第１の部分と第２の部分とを有する第２の（例えば、水平の）支持体を含み、第１の部分は、垂直部材の第２の部分に強固に結合され、第２の部分は、第１の部分（例えば、伸縮部分）に対して水平軸に沿って直線的に並進可能である。幾つかの実装において、支持リンク機構は、第２の支持体の遠位端に回転可能に結合される傾斜部材を含み、傾斜部材は、第３の自由度で第３の軸について回転可能である。幾つかの実装では、ディスプレイユニットが、傾斜部材に結合される。幾つかの実装において、ディスプレイユニットは、第４の（ヨー）軸について第４の自由度、例えば、回転運動において傾斜部材に対して並進可能である。モータのようなアクチュエータが、これらのコンポーネントのうちの１つ以上に結合されて、制御システムがコンポーネントを移動させ、それによって、ディスプレイユニットを特定の自由度において作業空間内で移動させることを可能にする。ディスプレイユニット上のユーザ入力デバイスは、ユーザが、ユーザ入力を提供して、ディスプレイユニットの移動、例えば、位置及び方向の変化を指示することを可能にする。ディスプレイシステムは、制御入力デバイスと共に使用されることができ、制御入力デバイスは、遠隔操作システム内のマニピュレータシステムに制御信号を提供して、マニピュレータシステム機能、例えば、マニピュレータ器具の移動及び他の機能を制御する。

【0044】

記載する構成は、様々な利益を提供する。例えば、支持リンク機構及びアクチュエータは、ディスプレイシステムが、例えば、ユーザの頭及び眼の角度及び動きの変化に順応するために、或いは、ユーザの手、頭、眼などによって入力されるコマンドに応答するために、受信するユーザの入力に基づいてディスプレイユニットの位置及び向きを変更することを可能にする。例えば、ディスプレイユニットは、ユーザの眼と一致することができる、或いは、ユーザの首のピボット軸と一致することができる、画定されたピボット軸について回転させられることができ、それによって、ユーザの自然な体の動きと整合するディスプレイユニットの動きを提供することができる。これらの構成は、ユーザが、処置の間にディスプレイユニットを容易に再配向して、異なる快適な視角(viewing angles)を得ること又はディスプレイユニットを使用することの物理的制約を低減することを可能にし、それによって、関連する処置中のユーザの疲労を低減することを可能にする。提供される傾斜、水平、及び垂直自由度におけるディスプレイユニットの動き、例えば、画定されたピボット軸及びヨー軸についての動きを提供することは、ディスプレイユニットが、ユーザの頭の動きの間に、ユーザの頭及び／又は眼に追従し且つユーザの頭及び／又は眼の近くに留まること（ディスプレイユニットの動きはユーザの頭及び／又は眼の動きを反映する或いは模倣する）及び／又はユーザの前頭とディスプレイユニットとの間の物理的接続を維持することを可能にする。幾つかの実装において、これは、ディスプレイユニットが、ディスプレイユニットをユーザの頭に物理的に取り付けることを必要としないで、ユーザの頭及び眼の動きに追従することを可能にし、よって、そのような取り付けによるユーザの刺激及び疲労を回避することを可能にする。

【0045】

更に、ディスプレイユニットの画定されるピボット軸は、ディスプレイシステムの機械的コンポーネントの運動の物理軸に制限される必要のない仮想軸であることができる。これは、画定されるピボット軸の場所が、様々な使用条件に合わせて調整されること、及び／又は、例えば、特定のユーザの高さ、アームリーチ、首又は頭のサイズなどに合わせて、特定のユーザに合わせてカスタマイズされることを可能にして、ディスプレイシステムを作動させる際により大きな快適さを可能にする。更に、ディスプレイユニット上の頭センサのようなセンサは、ユーザが、制御入力デバイスのような他の入力デバイスを操作していることがある手を使用しないで、ユーザ入力を容易に提供することを可能にする。

【0046】

加えて、ユーザ入力によって指示されるディスプレイユニットの位置及び／又は向きの変化を使用して、ディスプレイユニットによる画像の表示を修正することができる。例えば、表示される画像又はユーザインターフェースは、類似の又は対応する動きを実行するようディスプレイユニットに指示するディスプレイデバイスへの対応する受信ユーザ入力に基づいて、スクロール、傾斜、パン、又はズームされることができる。幾つかの実装では、遠隔作業部位での画像キャプチャデバイス（又は他の器具又はデバイス）の機能は、ディスプレイユニットへのユーザ入力、例えば、画像キャプチャデバイスの動き、又はパンニング、傾斜、及びズームのような他のデバイス機能に基づいて操作される。ディスプレイユニット上の頭センサは、ユーザが、手又は足によって操作される制御入力デバイスのような他のユーザ入力デバイスを使用する遠隔操作処置を中断又は一時停止することを必要としないで、そのようなユーザ入力を提供することを可能にする。

【0047】

「線形(linear)」、「中心(center)」、「平行(parallel)」、「直交(orthogonal)」、「垂直(perpendicular)」、「整列(aligned)」、「水平(horizontal)」、「垂直(vertical)」又は本明細書で使用されるような特定の測定値又は他の単位を含む様々な用語は、近似的であることができ、正確である必要はなく、典型的なエンジニアリング公差を含むことができる。

【0048】

本明細書中の幾つかの実装は、三次元空間内の器具の状態に関する様々な器具及び器具の部分に関することがある。本明細書で使用するとき、「位置(position)」という用語は、３次元空間（例えば、デカルトＸ、Ｙ、Ｚ座標に沿うつの並進自由度）における物体(オブジェクト)又は物体の一部分の場所(location)を意味する。本明細書で使用するとき、「向き(orientation)」という用語は、物体又は物体の一部分の回転配置（３つの回転自由度、例えば、デカルトＸ、Ｙ、Ｚ軸の周りのロール、ピッチ、及びヨー）を意味する。本明細書で使用するとき、「姿勢(pose)」という用語は、少なくとも１つの並進自由度における物体又は物体の一部分の位置を意味し、少なくとも１つの回転自由度（最大で６つの自由度）における物体又は物体の一部分の向きを意味する。

【0049】

本明細書で言及するとき、機械的に接地されたユニット又はデバイスは、大きな作業環境（例えば、手術領域又は手術室）内の可能な位置及び向き運動に関して制約される。また、このようなユニットは、地面に運動学的に結合される（例えば、コンソール、支持体、又は地面に取り付けられた他の物体によって機械的に支持される）。本明細書で使用するとき、「近位(proximal)」という用語は、機械的接地に近い（又はより近い）要素を意味し、「遠位(distal)」という用語は、機械的接地から離れている（又はより遠い）要素を意味する。

【0050】

本明細書に記載する様々な構成を使用して、コンピュータ支援遠隔操作システムの制御能力を増強することができる。幾つかの実装において、遠隔操作システムは、様々な処置（極限環境における外科処置又は他の処置）におけるマニピュレータ器具制御、命令(instruction)、監視(supervision)、監督(proctoring)及び他のフィードバックをシステムのユーザに提供するための、１つ以上の（例えば、１つ、２つ、３つ又はそれ以上の）制御入力デバイスを含む。

【0051】

図１は、本明細書に開示する１つ以上の構成と共に使用することができる例示的な遠隔操作手術システム１００の概略図である。図示のように、遠隔操作手術システム１００は、ユーザ制御システム（例えば、コンソール又はワークステーション）１０２と、マニピュレータシステム１０４とを含むことがある。

【0052】

この例において、ユーザ制御システム１０２は、ユーザの手によって触れられて操作される１つ以上の制御入力デバイス、例えば、各手に対して１つの制御入力デバイスを含む。図２及び図４０は、以下により詳細に記載する、制御入力デバイスの幾つかの例示的な実装を示している。制御入力デバイスは、ユーザ制御システム１０２によって支持され、機械的に接地されることができる。人間工学的支持体１１０（例えば、前腕レスト）が、幾つかの実装で提供されることができ、ユーザ１０８は、制御入力デバイスを把持しながら、自分の前腕を前腕レストの上に置くことができる。例えば、制御入力デバイスは、支持体１１０を越えて内側に（ユーザ１０８から離れて）配置された作業空間内に位置決めされることができる。幾つかの例において、ユーザ１０８は、制御入力デバイスを使用してマニピュレータシステム１０４を制御することによって、外科的処置中にマニピュレータシステム１０４の近くの作業部位で外科的タスクを実行することがある。

【0053】

ディスプレイユニット１１２が、ユーザ制御システム１０２に含められる。ディスプレイユニット１１２は、ユーザ１０８による視認(viewing)のために画像を表示することができる。例えば、画像は、１つ以上のディスプレイスクリーン、プロジェクタ、又は他のデバイスのような、ディスプレイユニット内のディスプレイデバイスによって表示されることができる。ディスプレイユニット１１２は、以下により詳細に記載するように、ユーザの視認位置に順応するために並びに／或いは制御機能を提供するために、様々な自由度で移動されることができる。遠隔操作システム１００の例において、表示される画像は、ユーザが制御入力デバイスの制御を介して様々なタスクを実行している作業部位を描写することができる。幾つかの例において、ディスプレイユニット１１２によって表示される画像は、遠隔作業場所に配置された１つ以上の画像キャプチャデバイスから、ユーザ制御システム１０２によって受信されることができる。他の例において、ディスプレイユニットによって表示される画像は、ディスプレイユニットによって（又は接続された他のデバイス又はシステムによって）生成されることができる。遠隔操作システム１００を使用する外科処置の例において、ディスプレイユニット１１２は、マニピュレータシステム１０４の近くの患者における物理的手術部位の画像、又は手術部位もしくは物理的及び仮想的部位の組み合わせの生成された仮想表現（例えば、拡張現実）を表示することができ、ユーザ制御システム１０２の制御入力デバイスによって制御されるマニピュレータシステム１０４の現実の又は仮想の器具を表示することができる。ディスプレイユニット１１２は、例えば、マニピュレータ器具１２６のエンドエフェクタ及び手術部位の二次元画像及び／又は三次元画像を提供することができる。三次元画像は、ユーザ１０８が、器具の相対的な深さ及び患者の解剖学的構造を評価し、制御入力デバイスを使用してマニピュレータ器具１２６を操縦して特徴(features)を正確に標的付けて制御するために視覚的フィードバックを使用することを可能にするために、三次元的な深さの手がかりを提供することができる。

【0054】

ユーザ制御システム１０２を使用するとき、ユーザ１０８は、ユーザ制御システム１０２の前の椅子又は他の支持体に座り、自分の眼をディスプレイユニット１１２の前に位置付け（且つ／或いはディスプレイユニット１１２を自分の眼の位置／向きに移動させ）、制御入力デバイスを、例えば、各々の手に１つずつ把持して操作し、ユーザの前腕を所望に人間工学的支持体１１０の上に置くことができる。幾つかの実装において、ユーザは、ユーザ制御システムに立つか或いは他の姿勢を取ることができ、ディスプレイユニット１１２及び制御入力デバイスは、様々なユーザ身体姿勢及び個々のユーザの好みに順応するように位置（高さ、深さなど）を調節されることができる。

【0055】

遠隔操作システム１００は、ユーザ制御システム１０２によって制御されることができるマニピュレータシステム１０４を含むこともできる。この例において、マニピュレータシステム１０４は、患者が位置決めされることがある手術台１０６（例えば、テーブル、ベッド、又は他の支持体）に又はその近くに取り付けられる。作業場所１３０は、手術台１０６上に、例えば、患者、模擬患者又はモデルなど（図示せず）に設けられることができる。他の実装において、作業場所は、マニピュレータシステムを使用してタスクが実行される異なる場所又は領域であることができる。遠隔操作マニピュレータシステム１０４は、複数のマニピュレータアーム１２０を含み、各マニピュレータアーム１２０は、器具アセンブリ１２２に結合される。器具アセンブリ１２２は、例えば、器具１２６を含むことがある。幾つかの例において、器具１２６は、外科器具を含むことがある。幾つかの実装では、外科器具は、例えば、患者の組織を処置するために、その遠位端に外科エンドエフェクタを含むことができる。

【0056】

様々な実装において、器具１２６のうちの１つ以上は、作業場所の一部分（例えば、外科的タスクが実行されている患者の領域又は部分）のキャプチャされた画像を提供することができる、内視鏡アセンブリ１２４に含められるカメラのような、画像キャプチャデバイス（例えば、カメラ）を含むことができる。幾つかの実装において、キャプチャされた画像は、出力のために、ユーザ制御システム１０２のディスプレイユニット１１２に送信されることができる。幾つかの実装では、キャプチャされた画像及び／又は作業場所で行われている処置に関連する他の情報を表示するために、ディスプレイデバイス１２８をマニピュレータシステム１０４に含めることができる。幾つかの実装では、例えば、カメラを保持するマニピュレータアーム１２０の部分の並進及び回転に基づいて、画像キャプチャデバイスを多数の自由度で移動させることができる。

【0057】

遠隔操作システム１００を使用する外科処置の例において、マニピュレータシステム１０４は、手術のために患者（又は模擬患者）の近くに位置決めされることができ、そこで、マニピュレータシステム１０４は、特定の外科処置又は処置の段階が完了するまで静止したままであることができる。様々な実装において、ユーザ制御システム１０２は、マニピュレータシステム１０４に対する様々な位置において、例えば、マニピュレータシステム１０４及び作業場所１３０に近い滅菌手術野において、マニピュレータシステム１０４及び作業場所１３０と同じ部屋において、或いはマニピュレータシステム１０４及び作業場所１３０から離れて、例えば、異なる部屋、建物、又は他の地理的場所に位置付けられることができる。一度に使用される遠隔操作器具１２６の数、及び／又はマニピュレータシステム１０４で使用されるアーム１２０の数は、とりわけ、実行されるべき処置、及び利用可能な領域内の空間的制約に依存することがある。

【0058】

幾つかの実装において、マニピュレータアーム１２０及び／又は器具アセンブリ１２２は、ユーザ１０８が作業場所１３０でタスクを実行できるように、ユーザ１０８による制御入力デバイスの操作に応答して、器具１２６を移動させて関節作動させるように制御されることがある。例えば、ユーザは、最小侵襲性の外科的孔を通じて、内部手術部位での外科処置を指示することができる。幾つかの実装では、制御入力デバイスから受信される制御信号に応答して、マニピュレータアーム１２０及び／又は器具アセンブリ１２２に結合された１つ以上のアクチュエータが力を出力して、リンク又はアーム１２０及び／又は器具１２６の他の部分を特定の自由度で移動させることができる。

【0059】

遠隔操作システム１００の幾つかの実装は、異なる動作モードを提供することができる。幾つかの例において、遠隔操作システム１００の非制御モード（例えば、安全モード）では、制御入力デバイスの移動及び他の操作がマニピュレータシステム１０４の動きを引き起こさないように、マニピュレータシステム１０４の制御された動作は、切断された構成で制御入力デバイスから制御可能に分離される（切り離される）。遠隔操作システム１００の制御モード（例えば、追従モード）では、制御入力デバイスの移動及び他の操作が、例えば、外科処置中に、マニピュレータシステム１０４の動きを引き起こすように、マニピュレータシステム１０４の動きは、制御入力デバイスに制御可能に結合される（接続される）ことができる。例えば、各マニピュレータアーム１２０及びそのアーム１２０によって制御される遠隔操作器具アセンブリ１２２は、そのアームの移動及び／又は他の機能に対する制御を可能にするために、１つ以上の制御入力デバイスに制御可能に結合されてよく、１つ以上の制御入力デバイスから制御可能に分離されてよい。

【0060】

幾つかの例において、マニピュレータシステムに対する制御は、ユーザが、最小侵襲性の外科的孔を通じて内部手術部位で外科処置を指示することを可能にする。例えば、制御入力デバイスによって提供される制御信号に応答して、マニピュレータアーム１２０に結合された１つ以上のアクチュエータは力を出力して、リンク又はアームの他の部分を特定の自由度で移動させることができる。制御入力デバイスは、マニピュレータシステムも収容する部屋（例えば、手術室）及び（例えば、手術台に近い滅菌手術野の内側又は外側の）作業場所内で使用されることができ、或いはマニピュレータシステムからより離れて、例えば、マニピュレータシステムとは異なる部屋、建物又は他の場所に位置付けられることができる。

【0061】

幾つかの実装では、（図１には示されていない）制御システムが、ユーザ制御システム１０２内に設けられ、且つ／或いは（例えば、ユーザ制御システムと通信して）ユーザ制御システム１０２の外部に設けられる。ユーザ１０８が制御入力デバイスを移動すると、感知された空間情報及び感知された向き情報が、制御入力デバイスの移動に基づいて制御システムに提供される。他のユーザ入力、例えば、ディスプレイユニット１１２で受信されたユーザ入力、及び／又は他の入力デバイスのアクティブ化(起動)も、制御システムに提供される。制御システムは、受信した情報及びユーザ入力に基づいて、アーム１２０、器具アセンブリ１２２、及び器具１２６の動きを制御するために、制御信号をマニピュレータシステム１０４に提供することができる。例えば、制御システムは、空間内の制御入力デバイスを記述する感知された空間運動データ及び感知された向きデータを共通基準フレームにマッピングすることができる。制御システムは、マッピングされたデータを処理し、１つ以上の制御入力デバイスの移動（例えば、位置及び／又は向きの変化）に基づいてマニピュレータシステム１０４の器具１２６、例えば、エンドエフェクタ又は先端を適切に位置決めするためのコマンドを生成することができる。制御システムは、ユーザ１０８がマニピュレータシステム１０４の器具１２６を操作できるように、遠隔操作サーボ制御システムを使用して、制御コマンドを通じて、制御入力デバイスの感知された動きをマニピュレータシステム１０４の関連するアーム１２０に変換及び転送することができる。制御システムは、マニピュレータシステム１０４及び／又は器具１２６の他の機能を実行するために、例えば、器具エンドエフェクタのジョーを移動させる、切断ツールをアクティブ化させる或いはエネルギを出力する、吸引又は洗浄機能をアクティブ化させるなどのために、制御入力デバイスの入力制御装置のアクティブ化又は操作に基づいて、コマンドを同様に生成することができる。幾つかの実装において、制御システムは、マニピュレータシステム１０４及び／又は器具１２６の他の機能を実行するために、ディスプレイユニット１１２の入力制御装置のアクティブ化又は操作に基づいて、コマンドを同様に生成することができる。１つの実施形態において、制御システムは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＩｒＤＡ、ＨｏｍｅＲＦ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ、及びＷｉｒｅｌｅｓｓＴｅｌｅｍｅｔｒｙのような、１つ以上の無線通信プロトコルをサポートする。制御システムの幾つかの例は、図３４に関して以下に記載される。

【0062】

幾つかの実装において、ディスプレイユニット１１２は、運動学的に接地されていない制御入力デバイス、例えば、追加的な支持体を用いないでユーザの手によって保持される制御入力デバイスである、１つ以上の接地されていない制御入力デバイスの動作と共に、ユーザによって作動させられることができる。例えば、ユーザは、自分の手の中で接地されていない制御入力デバイスを把持して操作しながら、座るか或いは立つことができ、ディスプレイユニット１１２内で画像を見る(view)ことができる。接地されていない制御入力デバイスの幾つかの例は、（２０１３年８月２７日に発効した「Patient-side Surgeon Interface For a Minimally Invasive, Teleoperated Surgical Instrument」という名称の）米国特許第８，５２１，３３１ Ｂ２号に開示されており、その全体が参照により本明細書に援用される。幾つかの実装では、ユーザがディスプレイユニット１１２によって表示された画像を見ながら、腹腔鏡器具又はステープラのような手動手術器具を作業場所で作動させることができるように、ユーザは、作業場所の近くに位置付けられるディスプレイユニット１１２を使用することができる。

【0063】

幾つかの実装において、遠隔操作システム１００は、追加のユーザがシステムに入力を提供することを可能にする１つ以上の追加の入力システムを含んでもよい。例えば、処置を監視及び／又は支援するために、第２の（又は第３のなどの）ディスプレイユニット１１２が、追加のユーザによって使用されることができる。第２のユーザ制御システム１０２が、例えば、マニピュレータシステム１０４の制御を変更し或いはマニピュレータシステム１０４の同時制御などを提供するよう、訓練のために、第２のユーザによる使用のために提供されることができる。追加の接地されていない制御入力デバイス、ディスプレイデバイスを備えたサイドカート及び他のコンポーネントを、遠隔操作システム１００において使用することができる。

【0064】

幾つかの実装では、物理的マニピュレータシステム１０４の代わりに、例えば、遠隔操作システム１００に結合されたコンピューティングデバイスによって提供されるグラフィカルトレーニングシミュレーションにおいて提示される、マニピュレータシステム１０４の仮想表現が制御されることができる。例えば、ユーザは、恰もエンドエフェクタが物理的マニピュレータシステムに結合された物理的物体であるかのように、シミュレーションの仮想空間内でエンドエフェクタの表示される表現を制御するために、制御入力デバイスを操作することができる。幾つかの実装は、訓練において制御入力デバイスを使用することができ、例えば、制御入力デバイスを含むユーザ制御システムの制御装置及び器具の使用を実証することができる。

【0065】

幾つかの実装において、非遠隔操作システムは、本明細書に記載するようなユーザ制御システム及び／又はディスプレイユニット１１２の１つ以上の構成を使用することもできる。例えば、様々なタイプの制御システム及びデバイス、周辺装置などを、記載するディスプレイユニットシステムと共に使用することができる。幾つかの例において、ディスプレイユニット１１２は、例えば、ユーザがマニピュレータシステムを操作しない遠隔作業場所又は物理的シーンを見るために、物理的マニピュレータシステム又は物理的作業場所に関係のない表示された仮想環境を見るなどのために、幾つかの非遠隔操作システムにおいて使用されることができる。これらのシステムの一部において、ユーザ制御システム１０２及びマニピュレータシステム１０４は省略されることができ、ディスプレイユニット１１２はスタンドアローンのディスプレイシステムにおいて使用されることができる。

【0066】

幾つかの実装は、Sunnyvale, CaliforniaのIntuitive Surgical, Inc.によって商業化された、da Vinci（登録商標）Surgical System（例えば、da Vinci（登録商標）Si又はda Vinci（登録商標）Xi（登録商標）Surgical Systemとして市販されたModel IS3000又はIS4000）のような遠隔操作医療システムの１つ以上のコンポーネントを含むことができる。本明細書に開示する構成は、少なくとも部分的にコンピュータ制御された、電子制御信号を介して制御された、直接的な物理的操作を介して手動制御されるなどした実装を含む、様々な方法で実装されることがある。da Vinci（登録商標）Surgical Systemでの実装は、単なる例であり、本明細書に開示する構成の範囲を限定するものとはみなされてはならない。例えば、作業場所にマニピュレータシステムを有する異なるタイプの遠隔操作システムが、本明細書に記載する構成を利用することができる。他の非遠隔操作システムも、１つ以上の記載の構成、例えば、様々なタイプの制御システム及びデバイス、周辺デバイスなどを使用することができる。

【0067】

図２は、幾つかの実装に従った、制御入力デバイスと、ディスプレイシステムとを含む、例示的なユーザ制御システム２００の正面図である。例えば、ユーザ制御システム２００は、図１について記載したユーザ制御システム１０２に類似することができる。

【0068】

ユーザ制御システム２００は、例えば、図１のディスプレイユニット１１２について記載したのと同様に、遠隔操作システム１００によって実施される処置の間に画像を表示することができる、ディスプレイユニット２０４を含む。画像は、画像キャプチャデバイスによってキャプチャされることができ、外科処置の間に表示される手術部位のような、タスクが実行される物理的な作業場所を描写することができ、或いは仮想作業場所の生成された表現を描写することができる。ディスプレイユニット２０４は、コマンド及び機能の選択を可能にするグラフィカルユーザインターフェース、状態情報、警報及び警告、通知などのような、他の情報を表示することもできる。そのような情報は、作業現場のビューとの組み合わせにおいて（例えば、作業場所のビュート重ね合わせて）或いは作業場所のビューを伴わないで表示されることができる。

【0069】

図示の例において、ディスプレイユニット２０４は、２つのビューポート２０５を含む。ユーザは、ユーザの眼がディスプレイユニット２０４によって表示される画像を見るためにビューポート２０５と整列されるように、ユーザの頭を位置決めすることができる。更に、本明細書に記載するように、ディスプレイユニット２０４は、ユーザがディスプレイユニットのビューポート及びディスプレイユニットの視角をユーザの眼と整列させることができるように、ユーザの入力に基づいて画定された作業空間内で移動可能（並進可能及び／又は回転可能）である。幾つかの例では、画像を表示するビューポートの背後に、１つ以上のディスプレイスクリーンを設けることができる。幾つかの実装では、ビューポート２０５の代わりに、１つ以上のディスプレイスクリーン又は他のディスプレイデバイスを使用することができる。ディスプレイユニット２０４は、支持機構に接続され、１つ以上の自由度で移動させられることができ、その例は以下により詳細に記載される。

【0070】

幾つかの実装において、ユーザ制御システム２００は、ユーザがディスプレイユニット２０４の位置及び／又は向きをユーザ制御システム２００の他の部分に対して（例えば、後述する制御入力デバイス２１０及び２１２に対して）調整する或いは他の方法で操作することを可能にする、１つ以上の入力制御デバイスを含む。この例では、手入力デバイス２０６ａがディスプレイユニット２０４の左側に位置付けられ、手入力デバイス２０６ｂがディスプレイユニット２０４の右側に位置付けられている。幾つかの実装において、手入力デバイス２０６ａ及び２０６ｂは、例えば、より大きなユーザの快適さのための人間工学的調整を提供するために、ユーザ入力を受信して、ディスプレイユニット２０４の向き及び／又は位置を変更させることができる。そのような手入力デバイスは、代替的に又は追加的に、ユーザ制御システム２００の他の領域又はコンポーネントに位置付けられることができる。手入力デバイス２０６ａ及び２０６ｂの例は、以下により詳細に記載される。

【0071】

幾つかの実装では、頭入力デバイス２０８は、ユーザに向いているディスプレイユニット２０４の側面に位置付けられる。頭入力デバイス２０８は、ディスプレイユニット２０４をユーザ入力に従って移動させる、例えば、ディスプレイユニット２０４の向き及び／又は位置を変更させるユーザ入力として、ユーザの頭（例えば、前頭）を感知することができる、例えば、存在及び／又はユーザの頭部との接触を感知することができる。追加的に又は代替的に、制御システムは、頭入力デバイス２０８へのユーザ入力に従って、ユーザ制御システム１０２及び／又はマニピュレータシステム１０４の１つ以上のコンポーネント、状態の変化、又はプロセスを命令することができる。頭入力デバイス２０８の例は、以下により詳細に記載される。

【0072】

２つの制御入力デバイス２１０及び２１２が、ユーザ操作のためにユーザ制御システム２００に設けられる。例えば、ユーザは、各手に１つの制御入力デバイスで、２つの制御入力デバイス２１０及び２１２の部分を把持しながら、ユーザの前腕を人間工学的支持体２１４の上に置くことができる。（例えば、制御入力デバイス２１０及び２１２は、支持体２１４より上方の位置に移動されることができ、且つ／或いは支持体２１４は、制御入力デバイス２１０及び２１２よりも低い位置に移動されることができる）。幾つかの実装において、人間工学的支持体２１４は、異なるユーザについて高さを調節可能であることができる。ユーザは、制御入力デバイス２１０、２１２を操作しながら、上述のように、ディスプレイユニット２０４を見るために、ユーザの頭も位置決めする。制御入力デバイスは、運動学的にリンクされた（機械的に接地された）ハンドグリップ、ジョイスティック、トラックボール、データグローブ、トリガガン、手コントローラ、音声認識デバイス、タッチスクリーン、及び同等物のような、ユーザによって操作可能な任意の数の様々な入力デバイスのうちの１つ以上を含むことがある。

【0073】

幾つかの実装において、各制御入力デバイス２１０及び２１２は、複数の自由度で移動可能なグリップ部分を含むことができる。例えば、各制御入力デバイス２１０及び２１２は、図１に示すマニピュレータシステム１０４の関連するアームアセンブリ１２０の動き及び機能を制御することができる。幾つかの例において、制御入力デバイス２１０は、マニピュレータシステム１０４の１つの対応するエンドエフェクタ１２６を対応する自由度で動かすために複数の自由度で動かされることができ、制御入力デバイス２１２は、マニピュレータシステム１０４の異なる対応するエンドエフェクタ１２６を対応する自由度で動かすために複数の自由度で動かされることができる。幾つかの実装において、制御入力デバイス２１０及び２１２は、操作者にテレプレゼンス、例えば、操作者が恰も作業場所にいるかのように器具を直接的に制御しているという強い感覚を有するような、制御入力デバイスが器具と一体的であるという認識を提供するために、マニピュレータシステムの器具１２６と同じ自由度を有する。他の実装において、制御入力デバイス２１０及び２１２は、関連する器具１２６よりも多い又は少ない自由度を有することがある。幾つかの実装において、制御入力デバイスは、全ての６つのデカルト自由度で動き、マニピュレータ器具を作動させるために、例えば、把持ジョーを閉じること、電極に電位を印加すること、医療処置を送達すること、及び同等のことのために、作動可能なグリップ部分（例えば、ハンドル）も含むこともある、手動入力デバイスである。幾つかの実装では、ピンチャ動作において制御入力デバイスの２つのグリップ部分を互いに並びに離間するように移動させるようなグリップ機能が、追加の機械的な自由度（すなわち、グリップＤＯＦ）を提供することができる。幾つかの例示的な実装において、制御入力デバイス２１０及び２１２は、外科環境における１つ以上の手術器具１２６又は仮想環境におけるプロキシ手術器具の制御をもたらすことがある。制御入力デバイスの幾つかの実装の例が図３２に関して記載される。

【0074】

ユーザ制御システム２００の幾つかの実装は、制御入力デバイス２１０及び２１２より下方に位置付けられる１つ以上の足制御装置２２０を含むことができる。足制御装置２２０は、ユーザがユーザ制御システム２００を操作している間に、遠隔操作システムの制御システムに様々なコマンドを入力するために、ユーザの足によって押し下げられることができ、摺動されることができ、且つ／或いは他の方法で操作されることができる。幾つかの実装において、足制御装置２２０又は他の制御装置は、マニピュレータシステム１０４の１つ以上の機能又は動作を制御することができる「制御入力デバイス」とみなされることができる。

【0075】

幾つかの実装では、ユーザ制御システム２００を操作している及び／又はユーザ制御システム２００の隣に又はその近くに位置するユーザの存在を検出するために、１つ以上のユーザ存在センサをユーザ制御システム２００の１つ以上の場所に位置付けることができる。例えば、ユーザ存在センサは、ディスプレイユニット２０４に位置付けられることができ、ビューポート２０５と整列させられたユーザの頭の存在を感知することができる。例えば、光学センサが存在センサのために使用されることができ、その場合、光学センサは、エミッタと、検出器とを含み、ユーザの頭がディスプレイユニット２０４の出力を見るために位置決めされ、ユーザが制御入力デバイス２１０及び２１２を使用するための適切な位置にあるときに、光ビームの遮断が検出器によって感知される。幾つかの実装では、手入力デバイス２０６及び／又はヘ頭入力デバイス２０８を使用して、ユーザの存在を感知することができる。追加的な又は代替的なタイプの存在センサを様々な実装において使用することができる。

【0076】

図３は、幾つかの実装に従った例示的なディスプレイシステム３００の斜視図であり、図４は、正面図であり、図５は、側面図である。幾つかの例において、ディスプレイシステム３００は、遠隔操作システムのユーザ制御システム、例えば、図１の遠隔操作システム１００のユーザ制御システム１０２で使用されることができ、或いは、例えば、ユーザが作業場所又は他の物理的場所、表示された仮想環境などを見ることを可能にするよう、他のシステムにおいて或いはスタンドアローンのシステムとして使用されることができる。

【0077】

ディスプレイシステム３００は、ベース支持体３０２と、アーム支持体３０４おｔ、及びディスプレイユニット３０６とを含む。以下により詳細に記載するように、ディスプレイユニット３０６は、ベース支持体３０２と、ベース支持体３０２に結合されたアーム支持体３０４と、アーム支持体３０４に結合された（以下に記載する）傾斜部材３２４とを含む支持リンク機構によって提供される複数の移動自由度を備える。ディスプレイユニット３０６は、傾斜部材に結合される。

【0078】

ベース支持体３０２は、この例において、機械的に接地された、例えば、地面に結合された垂直部材である。例えば、ベース支持体３０２は、ベース支持体３０２に安定性を提供するために地面に結合される（例えば、地面の上に位置する）支持構造３１０に機械的に結合されることができる。ベース支持体３０２は、第１のベース部分３１２と、第２のベース部分３１４とを含む。第１のベース部分３１２は、機械的に接地されることができるベース支持体３０２の近位部分であり、第２のベース部分３１４は、第２のベース部分３１４が第１のベース部分３１２に対して線形自由度で並進可能であるように、第１のベース部分３１２に直線的に結合されるベース支持体３０２の遠位部分である。幾つかの例では、第1のベース部分３１２又は第２のベース部分３１４の一方が中空の内部を有するチューブ又はスリーブとして構成され、第１のベース部分３１２又は第２のベース部分３１４の他方が中空の内部を通じて延びるように、第１のベース部分３１２及び第２のアーム部分３１４は入れ子式に(telescopically)結合され、例えば、第１のベース部分３１２は、第１の伸縮自在な(telescoping)ベース部分であり、第２のベース部分３１４は、第２の伸縮自在なベース部分である。図３～図５の例において、第２のベース部分３１４は、線形自由度３１６で第１のベース部分３１２の内部を通して直線的に並進可能である。第１のベース部分３１２に対する第２のベース部分３１４の線形並進は、以下により詳細に記載されるように、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動させられることができる。他の実装は、異なる構成を使用することができる。例えば、第１のベース部分３１２は、第２のベース部分３１４が第１のベース部分３１２に対して直線的に並進可能であるように、第２のベース部分３１４の内部を通じて延びることができる。他の例において、ベース部分３１２及び３１４は、線形並進を可能にするために、それらの垂直方向の長さに沿って互いに隣接して位置付けられることができる。

【0079】

アーム支持体３０４は、ベース支持体３０２に機械的に結合される水平部材である。アーム支持体３０４は、第１のアーム部分３１８と、第２のアーム部分３２０とを含むことができる。第２のアーム部分３２０が線形自由度で第１のアーム部分３１８に対して直線的に並進可能であるように、第１のアーム部分３１８は、ベース支持体３０２の第２のベース部分３１４に強固に結合さるアーム支持体３０４の近位部分であり、第２のアーム部分３２０は、第１のアーム部分３１８に直線的に結合されるアーム支持体３０４の遠位部分である。幾つかの例では、第１のアーム部分３１８又は第２のアーム部分３２０の一方が中空の内部を有するチューブ又はスリーブとして構成され、第１のアーム部分３１８又は第２のアーム部分３２０の他方が中空の内部を通じて延びるように、第１のアーム部分３１８及び第２のアーム部分３２０は入れ子式に結合され、例えば、第１のアーム部分３１８は、第１の伸縮自在なアーム部分であり、第２のアーム部分３２０は、第２の伸縮自在なアーム部分である。図３～図５の例において、第２のアーム部分３２０は、線形自由度３２２で第１のアーム部分３１８の内部を直線的に並進可能である。第１のアーム部分３１８に対する第２のアーム部分３２０の線形並進は、以下により詳細に記載されるように、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。他の実装は、異なる構成を使用することができ、例えば、第１のアーム部分３１８は、第２のアーム部分３２０が第１のアーム部分３１８に対して直線的に並進可能であるように、第２のアーム部分３２０の内部を通じて延びることができる。他の例において、アーム部分３１８及び３２０は、線形並進を可能にするために、それらの垂直方向の長さに沿って互いに隣接して位置付けられることができる。

【0080】

幾つかの実装において、第１のアーム部分３１８及び第２のベース部分３１４は、一体成形品(single piece)、例えば、第１のベース部分３１２と第２のアーム部分３２０との間に結合される中間支持体又は中間部分であるとみなされることができる。中間支持体は、互いに対して直交して方向付けられる垂直な第２のベース部分３１４に強固に結合された水平な第１のアーム部分３１８を含む。第２のアーム部分３２０は、中間支持体に対して自由度３２２で水平方向に並進可能であり、中間支持体及び第２のアーム部分３２０は、第１のベース部分３１２に対して自由度３１６で垂直方向に移動可能である。

【0081】

図示の幾つかの例において、アーム支持体３０４は、ベース支持体３０２が延びる垂直軸に対して直交する水平軸に沿って延びる。幾つかの例において、ベース支持体３０２及びアーム支持体３０４は、互いに対して向きにおいて固定され、例えば、それらは並進するが、互いに対して向きを変えない。幾つかの例において、アーム支持体３０４は、ディスプレイユニットを作動するユーザより上方の軸に沿って延び、ベース支持体３０２を通じて延びる垂直軸は、アーム支持体３０２の第１のアーム部分３１８を通って延びる。他の実装において、アーム支持体３０４は、他の高さ及び／又は構成で、例えば、ユーザの頭又は身体より下方で、ユーザの頭の高さで、ユーザの背後及びユーザの周囲のヨーキング(yoking)などして延在することができる。

【0082】

ディスプレイシステム３００の支持体及び部材における振動を低減することは、ディスプレイユニット３０６を作動するユーザにとってのより平滑な体験を生じさせることができる。幾つかの実装は、これらの支持体３０２及び３０４を含む支持リンク機構内の振動を減少させる減衰をもたらすために、ベース支持体３０２及び／又はアーム支持体３０４内に１つ以上のコンポーネントを含むことができる。例えば、レバーアームの一部分が、アーム支持体３０４における振動を減少させるために、ベース支持体３０２内に設けられた高度に減衰された材料を擦る(brushes)或いは圧縮するアーム支持体３０４に内部的に強固に結合されることができる。例えば、ソルボセイン（登録商標）材料、粘性材料、又は特定の閾値を超える減衰係数を有する他の材料を使用することができる。類似の減衰コンポーネントを、ディスプレイユニット３０６と傾斜部材３２４との間、傾斜部材３２４とアーム支持体３０２との間などに設けることができる。

【0083】

ディスプレイユニット３０６は、アーム支持体３０４に機械的に結合される。ディスプレイユニット３０６は、第２のベース部分３１４及び第２のアーム部分３２０の線形並進によって提供される２つの線形自由度で移動可能である。幾つかの実装において、これらの線形自由度は、垂直平面内に設けられることができる。幾つかの例では、図示のように、垂直平面は、ベース支持体３０２及びアーム支持体３０４によって画定されることができる。

【0084】

ディスプレイユニット３０６は、デジタル画像を表示することができるディスプレイデバイス、例えば、１つ以上のディスプレイスクリーン、プロジェクタ、又は他のディスプレイデバイスを含む。幾つかの実装では、図３～図５におけるように、ディスプレイユニット３０６は、２つのビューポート３２３を含み、ディスプレイデバイスは、ビューポートの背後に設けられるか、或いはビューポートに含まれる。幾つかの実装では、ビューポート３２３の代わりに、１つ以上のディスプレイスクリーン又は他のディスプレイデバイスをディスプレイユニット３０６の上に位置付けることができる。

【0085】

ディスプレイユニット３０６は、傾斜部材３２４によってアーム支持体３０４に回転的に結合される。図３～図５の例において、傾斜部材３２４は、第１の端で、第２のアーム部分３２０に対する傾斜軸３２６についての傾斜部材３２４及びディスプレイユニット３０６の回転運動をもたらす回転結合によって、アーム支持体３０４の第２のアーム部分３２０に回転的に結合される。幾つかの実装において、傾斜軸３２６は、ベース支持体３０２及びアーム支持体３０４によってディスプレイユニット３０６にもたらされる線形自由度に対して直交して方向付けられる。例えば、傾斜部材３２４は、自由度３１６及び３２２がベース支持体３０２及びアーム支持体３０４によってもたらされる垂直平面と同じ又は平行な垂直平面内にあるディスプレイユニット３０６に回転自由度をもたらすことができる。幾つかの実装において、傾斜軸３２６は、自由度３１６及び３２２によって画定される平面に対して直交する。幾つかの実装において、傾斜軸３２６は、ディスプレイユニット３０６内でディスプレイデバイスより上方に位置付けられる。幾つかの実装において、傾斜軸３２６は、ユーザがディスプレイユニット３０６を作動させるときに、ユーザの頭の位置より上方に位置決めされる。他の実装では、傾斜軸をユーザにより近く、例えば、以下に記載するように、ユーザの首のピボット軸よりも低く且つより近くに位置付けることができる。幾つかの例において、アーム支持体３０４は、ユーザの頭の両側に延びる２つの分岐を有することができ、その場合、傾斜軸３２６は、２つの分岐の端の間に延在し、ユーザの頭又は首における画定されたピボット点と整列させられる。

【0086】

この例では、傾斜部材３２４の延長部分が、傾斜軸３２６からベース支持体３０２に向かって延び、ディスプレイユニット３０６が、延長部分で傾斜部材の第２の端に結合される。傾斜軸３２６についての傾斜部材３２４及びディスプレイユニット３０６の回転運動は、以下により詳細に記載するように、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。幾つかの実装において、ベース支持体３０２、アーム支持体３０４及び傾斜部材３２４は、支持リンク機構であるとみなされることができ、支持リンク機構の遠位端で結合されたディスプレイユニット３０６を有する。例えば、モータは、ディスプレイユニット３０６を傾斜軸３２６について傾斜自由度３２７の特定の向きに移動させるために、制御回路（例えば、制御システム）からの制御信号によって制御されることができる。

【0087】

幾つかの実装において、ディスプレイユニット３０６は、傾斜部材３２４に回転的に結合され、ヨー軸（例えば、横方向回転軸）３３０について回転することがある。例えば、これは、ビューポート３２３を介してディスプレイユニット３０６の画像を見るユーザの視点(view point)からの横方向又は左右方向の回転であることができる。図３～図５の例において、ディスプレイユニット３０６は、幾つかの実装では、トラック機構を含むことができる、回転機構によって傾斜部材に結合される。例えば、幾つかの実装において、トラック機構は、湾曲トラック３２８を含み、湾曲トラック３２８は、ディスプレイユニット３０６に結合される。トラック３２８は、傾斜部材３２４に結合される溝部材と摺動可能に係合して、ディスプレイユニット３０６が、溝部材の溝を通じて湾曲トラック３２８を移動させることによって、ヨー軸３３０について回転することを可能にする。幾つかの実装では、湾曲トラックが傾斜部材３２４に結合され、溝部材がディスプレイユニット３０６に結合され、溝部材が湾曲トラックと係合し、湾曲トラックの長さに沿って摺動して、ヨー軸３３０についてのディスプレイユニット３０６の回転移動を可能にする。幾つかの実装において、溝部材は、傾斜部材３２４の幅とほぼ同じ長さであることができ、且つ／或いは湾曲トラック３２８が摺動するループの少なくとも一部分を含むことができる。

【0088】

幾つかの実装において、湾曲トラック３２８は、記載するような溝部材に摺動可能に係合する湾曲レールである。幾つかの実装において、湾曲トラック３２８は、カムローラと係合する湾曲カム従動子であることができる。例えば、カムローラは、ディスプレイユニット３０６に回転可能に結合されることができ、様々な実装では、ヨー軸３３０に対して直交するか或いはヨー軸３３０に対して平行な回転軸を有する。例えば、カムローラは、円筒状であることができ、傾斜部材３２４に強固に結合されるカム従動子の湾曲面に沿って転動することができる。例えば、カムローラは、カム従動子の壁又はリッジによってカム従動子に対して保持されることができる。幾つかの実装において、カム従動子は、ディスプレイユニット３０６に強固に結合されることができ、カムローラは、傾斜部材３２４に回転可能に結合されることができる。

【0089】

湾曲トラック３２８及び／又は溝部材の曲率（例えば半径）は、ディスプレイユニット３０６のユーザ対向側及び／又は傾斜軸３２６から特定の距離でヨー軸３３０を提供するように選択される。例えば、これは、幾つかの実装において、アーム部分３２０の自由度３２２に対して平行な特定の水平距離であることができる。例えば、ヨー軸３３０は、ヨー軸３８０が、以下に記載するように、ユーザの首におけるピボット軸に対応する画定された（例えば、仮想的な又はソフトウェア画定された）首ピボット軸とほぼ交差するように、ディスプレイユニット３０６から特定の距離で提供されることができる。画定された首ピボット軸は、幾つかの実装において、ディスプレイユニット３０６の運動のための基準として使用されることができる。記載した実装において、ヨー軸３３０と（例えば、自由度３１６に対して平行な）垂直軸との間の角度は、傾斜軸３２６についての傾斜部材３２４の向きに基づいて変化する。ヨー軸３３０についてのディスプレイユニット３０６のヨー運動は、ギア機構、キャプスタン駆動機構などのような駆動機構を使用して、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。キャプスタン駆動機構の一例は、図２２に関して以下により詳細に記載される。例えば、駆動機構は、モータによって駆動されるキャプスタンプーリに結合されるキャプスタンドラム３２９を含むことができる。

【0090】

幾つかの実装では、傾斜部材３２４及びアーム支持体３０４に対するヨー軸３３０についてのディスプレイユニット３０６の回転運動を提供するために、他のカップリング又はベアリングを使用することができる。例えば、傾斜部材３２４とアーム支持体３０４との間の回転結合に類似する回転ジョイントを使用して、ディスプレイユニット３０６を傾斜部材３２４に結合することができる。更なる例では、例えば、図２３～図２５の実装の部材２３２４及び２３３０と同様に、水平軸についての回転をもたらす垂直に整列させられたトラック機構が、ディスプレイユニット３０６に傾斜自由度を提供することができ、回転結合は、ディスプレイユニット３０６にヨー自由度を提供することができる。

【0091】

よって、ディスプレイシステム３００は、垂直線形自由度３１６、水平線形自由度３２２、回転（傾斜）自由度３２７、及び回転ヨー自由度３３１を有するディスプレイユニット３０６を提供する。例えば、垂直及び水平自由度は、ディスプレイユニット３０６が、許容される作業空間内（例えば、垂直平面内）の任意の位置に移動されることを可能にし、傾斜自由度は、ディスプレイユニットがその運動範囲内（例えば、垂直平面内又は平行垂直平面内）の特定の向きに移動されることを可能にする。

【0092】

これらの自由度のうちの少なくとも２つの自由度におけるディスプレイシステム３００のコンポーネントの協調動作の組み合わせは、ディスプレイユニット３０６が、ディスプレイユニットを使用するユーザのためのカスタム視認体験を容易にするために、その作業空間内の様々な位置及び向きで位置付けられること、例えば、ユーザの周りで並進及び／又は回転されることを可能にする。傾斜、水平、及び／又は垂直自由度におけるディスプレイユニット３０６の動きは、ディスプレイユニット３０６が、ユーザの頭運動中に、ユーザの頭及び眼に近く留まること、及び／又はユーザの頭（例えば、前頭部）とディスプレイユニット３０６との間の物理的接続を維持することを可能にする。

【0093】

例えば、ディスプレイユニット３０６は、ユーザの眼がディスプレイユニットのビューポートと整列するように、その作業空間内に位置決め可能（例えば、並進可能及び／又は回転可能）である。加えて、ディスプレイユニット３０６は、ユーザのために所望の垂直（例えば、上下）眼視認角を可能にするために、例えば、ユーザの眼の両方を通じる眼軸に対応する（例えば、一致する）画定された眼ピボット軸について物理的空間内で回転させられることができる。ディスプレイユニットは、ユーザのための所望のヨー（例えば、左右）視認角又は向きを可能にするために、ヨー軸３３０について移動させることもできる。これらの回転は、ユーザがビューポートを通じて画像を見るために、ディスプレイユニット３０６が快適に方向付けられることを可能にする。

【0094】

ディスプレイシステムの自由度は、追加的に又は代替的に、ディスプレイシステム３００が、ディスプレイユニット３０６の作業空間内の様々な場所のいずれかに位置し得る異なる画定されたピボット軸について物理的空間内のディスプレイユニット３０６の運動を提供することを可能にする（例は以下により詳細に記載される）。例えば、システム３００は、ディスプレイシステム３００を作動させるときにユーザの頭の動きに対応する物理的空間内のディスプレイユニット３０６の動きを提供することができる。この動きは、ユーザの首でのユーザの頭の首軸にほぼ対応する、画定された首ピボット軸についての回転を含むことができる。この回転は、ディスプレイユニット３０６が、例えば、頭入力デバイス３４２を用いて、ディスプレイユニット３０６の移動を指示するユーザの頭に従って移動されることを可能にする。首ピボット軸（図８～図１１）及び眼ピボット軸（図１２～図１４）についてのディスプレイユニットのそのような動きの例が以下に記載される。

【0095】

別の例において、ディスプレイユニット３０６の動きは、ディスプレイユニット３０６が、図示のように、ヨー軸３３０について中心化されたヨー回転位置に方向付けられるときに、ユーザの前頭部でユーザの頭を通じて延びる前頭軸にほぼ対応する、画定された前頭ピボット軸についての回転を含むことができる。幾つかの実装において、前頭ピボット軸は、ディスプレイユニット３０６の入力デバイス（例えば、頭入力デバイス３４２）の一部分を通じて延びる前頭軸に対応し、その一部分は、ユーザの前頭部と入力デバイスとの間の接触点又はその近くにある。幾つかの実装において、画定された前頭ピボット軸は、例えば、線形自由度３１６及び３２２に対して直交する、傾斜軸３２６に対して平行に方向付けられることができる。前頭ピボット軸は、代替的に、ユーザの前頭部又はディスプレイユニットの異なる場所又は部分に対応するように位置付けられることができる。

【0096】

別の例において、ディスプレイユニット３０６の動きは、ディスプレイユニット３０６の１つ以上の手入力デバイスを通じて延びる軸にほぼ対応する、画定された手入力デバイスピボット軸についての回転を含むことができる（例は以下に記載される）。例えば、この軸は、ディスプレイユニット３０６の対向（左右）側に位置付けられる両方の手入力デバイス３４０ａ及び３４０ｂの部分（例えば、グリップの中心）を通じて延びることができる。幾つかの実装において、画定された手入力デバイスのピボット軸は、傾斜軸３２６に対して平行に、例えば、上述の首、眼及び前頭ピボット軸と同様に、線形自由度３１６及び３２２に対して直交して方向付けられることができる。手入力デバイスピボット軸は、代替的に、ディスプレイユニットの異なる場所又は部分、例えば、異なる手入力デバイスの場所に対応するように位置付けられることができる。例えば、手入力デバイスピボット軸は、ディスプレイユニット３０６が、ユーザによる手入力デバイス３４０ａ及び３４０ｂの操作によって、並びに／或いは頭入力デバイス３４２、制御入力デバイス２１０及び２１２などのような他のユーザ入力デバイスのユーザ操作によって、その周りで回転するように指示されることができる、回転軸を提供する。

【0097】

別の例において、その作業空間内のディスプレイユニット３０６の運動は、例えば、垂直線形自由度３１６及び水平線形自由度３２２における線形並進に基づく、傾斜及び／又はヨー自由度３２７及び／又は３３１における回転運動を伴わない、線形運動を含むことができる。別の例において、運動は、線形運動及び回転運動の両方を含むことができる。例えば、ディスプレイユニット３０６は、その作業空間内で直線的に移動され、次に、回転的に移動されることができ、且つ／或いはその逆に移動されることができる。

【0098】

画定されたピボット軸についてのディスプレイユニット３０６の回転中に、垂直自由度３１６におけるベース支持体３０２の移動及び／又は水平自由度３２２におけるアーム支持体３０４の移動は、画定されたピボット軸についてのディスプレイユニットの回転方向の変化を伴わないで、方向の変化を有することができる。例えば、アーム支持体３０４は、ディスプレイユニットが完全に上向き位置から完全に下向き位置に回転されるときに、方向を逆にすることができる。よって、幾つかの実装では、ディスプレイユニットが画定されたピボット軸について第１の向きから第２の向きに回転する間に、ベース支持体又はアーム支持体が同じ位置で終わることが可能であり、ここで、支持体は、ディスプレイユニットがそれらの２つの向きの間を移行する間に前後に移動する。

【0099】

ディスプレイユニット３０６は、ユーザが、空間内のディスプレイユニット３０６の向き及び／又は位置を操作するために、並びに／或いはディスプレイシステム３００及び／又はより大きなシステム（例えば、遠隔操作システム）の他の機能又はコンポーネントを操作するために、入力を提供することを可能にする、入力デバイスを含むことができる。

【0100】

例えば、手入力デバイス３４０は、（図２に２０６として示される）図２について同様に記載されるように、ディスプレイユニット３０６の上に設けられることができる。例えば、手入力デバイス３４０ａは、ディスプレイユニット３０６の左側に位置付けられ、手入力デバイス３４０ｂは、ディスプレイユニット３０６の右側に位置付けられ、或いはディスプレイユニット３０６の任意の表面に位置付けられることができる。手入力デバイス３４０ａ及び３４０ｂは、手入力デバイス３４０にユーザ手入力を提供するためにユーザの手によって操作される様々なタイプのユーザ入力デバイス（例えば、ボタン、タッチパッド、力センサ、ジョイスティック、ノブ、トラックボール、キーボードなど）のいずれであることができる。ハンド入力デバイス３４０は、ユーザ手入力に基づいてディスプレイシステム３００に制御信号を出力する。制御信号は、ディスプレイユニット３０６に空間内でその向き及び／又は位置を変更させるために使用されることができる。例えば、制御システムは、ディスプレイシステム３００のアクチュエータを制御して、ベース部分３１４を線形自由度３１６で移動させ、アーム部分３２０を線形自由度３２２で移動させ、傾斜部材３２４を回転自由度３２７で移動させ、且つ／或いはディスプレイユニット３０６を回転自由度３３１で移動させて、ディスプレイユニット３０６を感知されたユーザ手の入力に対応して移動させる。感知されたユーザ手入力は、ディスプレイシステム３００の他の機能及び／又はより大きなシステム（例えば、図１の遠隔操作システム１００）の機能を制御するために使用されることもできる。

【0101】

ディスプレイユニット３０６は、（図２に２０８として示される）図２について同様に記載されるように、頭入力デバイス３４２を含むことができる。この例において、頭入力デバイス３４２は、ディスプレイユニット３０６の動作中にユーザの頭に対向するディスプレイユニット３０６の表面の上に位置付けられる。例えば、頭入力デバイス３４２は、ディスプレイユニット３０６に空間内でその位置及び／又は向きを変更させるコマンドとして受信されるユーザ頭入力を感知する１つ以上のセンサを含むことができる。幾つかの実装において、ユーザ頭入力を感知することは、ユーザの頭又は頭の一部分（例えば、前頭）による頭入力デバイス３４２との接触又は存在を感知することを含むことができる。幾つかの例において、１つ以上のセンサは、様々なタイプのセンサ、例えば、抵抗センサ、容量性センサ、力センサ、光学センサなどのうちのいずれかを含むことができる。

【0102】

ディスプレイユニット３０６の向き及び／又は位置は、頭入力デバイス３４２へのユーザ頭入力に基づいて、ディスプレイシステム３００によって変更されることができる。例えば、感知されたユーザ入力は、制御システムに提供され、制御システムは、ディスプレイデバイス３００のアクチュエータを制御して、ベース部分３１４を線形自由度３１６で移動させ、アーム部分３２０を線形自由度３２２で移動させ、傾斜部材３２４を回転自由度３２７で移動させ、且つ／或いはディスプレイデバイス３０６を回転自由度３３１で移動させて、ディスプレイデバイス３０６を感知されたユーザ頭入力によって（例えば、従って）指令されるように移動させる。例えば、感知された頭入力は、ディスプレイユニット３０６を、画定されたピボット軸、例えば、本明細書に記載するような、首ピボット軸又は他のピボット軸について回転させるために使用されることができる。幾つかの実装では、感知された頭入力は、追加的に又は代替的に、ヨー軸３３０についてディスプレイユニット３０６を回転させるために使用されることができる。感知されたユーザ頭入力は、ディスプレイシステム３００及び／又はより大きなシステム（例えば、図１の遠隔操作システム１００）の他の機能を制御するために使用されることもできる。従って、幾つかの実装において、ユーザは、自分の頭を動かして入力デバイスに入力を提供して、ディスプレイデバイス３０６が頭の動きに従ってディスプレイシステムによって移動されるように制御することができ、それによって、例えば、ディスプレイデバイスをユーザの頭に取り付けることを必要とすることなく、或いはユーザがディスプレイデバイスを物理的に移動させることを要求することなく、ディスプレイユニットがユーザの頭の動き及び視認角の変化に従うことを可能にする。幾つかの実装において、ユーザの頭をディスプレイユニット３０６から離れるよう移動させる（例えば、ディスプレイユニット３０６を戻っているユーザに向かって「引っ張る」）ことは、頭入力デバイス３４２から離れる方向又は（例えば、光学センサ又は他のタイプのセンサを介して感知される）ディスプレイユニット３０６から離れる方向への移動として感知されることができ、或いは頭入力デバイス３４２に対する力の減少として感知されることができ、それはディスプレイシステムがアクチュエータの制御を介してユーザの頭に追随するようディスプレイユニットを移動させる。

【0103】

幾つかの実装では、ディスプレイユニット３０６は、追加的に又は代替的に、ディスプレイシステム３００の又は他の接続されたシステムの他の入力デバイスからのユーザ入力を受信することに応答して、その記述される自由度のうちの１つ以上で移動させられることができる。例えば、図２の制御入力デバイス２１０及び２１２又は他の制御デバイスのような、追加の手入力デバイスを設けることができる。幾つかの例において入力デバイスは、ベース支持体３０２に結合された或いは人間工学的支持体２１４に結合された支持面に結合されることができる。幾つかの実装では、足制御装置２２０又は他のタイプの入力デバイスで受信されるユーザ入力を使用して、ディスプレイユニット３０６をその自由度の１つ以上で移動させることができる。

【0104】

幾つかの実装において、ディスプレイユニット３０６及び／又は他の制御デバイスによって表示される画像は、画定されたピボット軸などについて、例えば、ディスプレイユニットの作業空間内の、ディスプレイユニット３０６の感知された動きに基づいて変更及び操作される。例えば、画定された首ピボット軸についてのディスプレイユニットの上下の動きは、ディスプレイ画像又は対応する方向におけるビューを修正することができる。

【0105】

ディスプレイシステムの幾つかの実装において、ディスプレイユニット３０６は、自由度３３１でヨー軸３３０について回転可能であり、他の自由度３１６、３２２、及び／又は３２７のうちの１つ以上は、ディスプレイシステム３００から省略される。例えば、ディスプレイユニット３０６は、（例えば、アクチュエータによって及び／又はユーザによって手動で）ヨー軸３３０について回転されることができ、ディスプレイユニット３０６は、例えば、水平自由度３２２及び／又は傾斜自由度３２７が省略されるベース支持体３０２又は他の機構を使用して、（例えば、アクチュエータによって及び／又はユーザによって手動で）より高く及び／又はより低く手動で位置付けられることができる。

【0106】

幾つかの実装では、制御ユニットが、第１の支持体と、第１の支持体に結合される第２の支持体と、第２の支持体に回転可能に結合されるディスプレイユニットとを含む。ディスプレイユニット及び第２の支持体は、第１の支持体に対して第１の自由度で第１の軸に沿って直線的に並進可能であり、ディスプレイユニットは、第１の支持体及び第２の支持体に対して第２の自由度で第２の軸に沿って直線的に並進可能であり、ディスプレイユニットは、第２の支持体に対して第３の軸について第３の自由度で回転可能である。更なる例では、傾斜部材が、ディスプレイユニットを第２の支持体に結合し、傾斜部材は、傾斜部材に対して第４の軸について回転可能である。

【0107】

図６は、ディスプレイシステム６００の一部分の別の例の側面図である。ディスプレイシステム６００は、上述のディスプレイシステム３００に類似するコンポーネントを含む。

【0108】

図６の例では、アーム支持体６０４の第２のアーム部分６２０は、図３～図５のディスプレイシステム３００の第２のアーム部分３２０の遠位部分より垂直に下方に延びる遠位部分６２３を含む。傾斜部材６２４の傾斜軸６２６は、遠位部分６２２の端に配置される。幾つかの実装において延長された遠位部分６２２は、傾斜軸６２６が、ディスプレイシステム３００の傾斜軸３２６よりも低く且つディスプレイユニットが回転する画定された（仮想又はソフトウェア画定される）ピボット軸により近くに位置決めされることを可能にすることがある。例えば、画定されたピボット軸は、本明細書中の例示的な画定されたピボット軸のいずれか、例えば、ディスプレイユニット６０６を操作するユーザの眼ピボット軸又は首ピボット軸であることができ、それらの例は、図８～図１１に関して示される。

【0109】

画定されたピボット軸により近い傾斜軸６２６を提供することは、画定されたピボット軸から遠くに配置される傾斜軸と比較して、画定されたピボット軸についてディスプレイユニット６０６を回転させるためにディスプレイシステム６００のコンポーネントのより少ない動きを必要とすることがある。例えば、より少ない動きが、第２のアーム部分６２０、第２のベース部分６１４及び／又は傾斜部材６２４について要求されることがあり、コンポーネントのサイズ、モータのサイズなどの減少に起因して、幾つかの実装においてコストの削減を可能にする。

【0110】

図７は、ディスプレイシステム７００の一部分の更に別の例の側面図である。ディスプレイシステム７００は、上述のディスプレイシステム３００及び６００に類似するコンポーネントを含む。

【0111】

図７の例において、アーム支持体７０４の第２のアーム部分７２０は、図３～図５のディスプレイシステム３００の第２のアーム部分３２０の遠位部分よりも垂直に下方に延びる遠位部分７２３を含む。遠位部分７２２は、例えば、ディスプレイシステムを作動するときにユーザ７５０が占めるユーザ場所から離れて、ベース支持体７０２に向かって並びに垂直方向に下方に延びる端を含む。傾斜軸７２６は、遠位部分７２２の端に配置される。傾斜軸７２６のこの位置は、ディスプレイシステム３００の傾斜軸３２６及びディスプレイシステム６００の傾斜軸６２６と比較して、ユーザ位置から更に離れて、更に下方に、移動される。

【0112】

傾斜軸７２６の位置は、幾つかの実装において利点を有することがある。例えば、遠位部分７２３の端は、ユーザ７５０から離れることができ、ディスプレイユニット７０６を操作するためのより開放感のある領域をユーザに提供することができる。更に、この位置は、傾斜軸７２６のジョイント上の最大重力荷重の減少を可能にし、例えば、ディスプレイユニット７０６が動作中にしばしば位置することがあるより高い傾斜位置（例えば、水平方向及び下向きに方向付けられた視認角）で、傾斜軸７２６についての特定の回転位置におけるディスプレイユニット７０６の重力荷重を減少させることもできる。例えば、傾斜軸７２６の位置は、ディスプレイユニット７０６とディスプレイユニット７０６を傾斜部材７２４に結合するトラック機構とを含むコンポーネントの重心の真上の位置により近くてよい。また、傾斜軸７２６の位置は、ディスプレイシステム３００及び６００の傾斜軸位置と比較して、第２のアーム部分７２０、第２のベース部分７１４及び／又は傾斜部材７２４によって要求される移動量も変える。例えば、傾斜軸７２６の位置は、ディスプレイシステム３００及び６００におけるよりも、自由度７２２におけるより少ない水平方向の動き及び自由度７１６におけるより多くの垂直方向の動きを必要とすることがあり、それは、例えば、ディスプレイシステムのより大きな剛性を可能にすること、コンポーネント又は環境限界内で作動することなどのために、幾つかの実装において有利なことがある。

【0113】

加えて、図７に示すように、ディスプレイシステム３００及び６００において記載する傾斜部材３２４及び６２４の長さと比較して、傾斜部材７２４の長さを減少させることができる。加えて、傾斜軸７２４と、ディスプレイユニット７０６とディスプレイユニット７０６を傾斜部材７２４に結合するトラック機構とを含むコンポーネントの重心との間の距離を減少させることができる。これらのより小さな距離は、傾斜軸７２６についてのディスプレイユニット７０６の傾斜運動のジョイント側慣性を減少させることができる。幾つかの実装において、傾斜部材７２４の長さの減少は、剛性も向上させることができ、全体的な支持構造の重量を減少させることもできる。

【0114】

幾つかの実装において、ディスプレイシステム７００の上記構成は、より低いトルク出力要件、より低い平均電流使用、及び傾斜軸７２６についてのディスプレイユニット７０６の回転を駆動するために使用されるモータ又は他のアクチュエータによるより低い電力消費をもたらすことができ、アクチュエータ及び／又は駆動歯車機構のための追加の動作ヘッドルームを可能にする（アクチュエータがディスプレイシステム７００の動作に通常必要とされるよりも大きな力を出力することを可能にする）ことがある。

【0115】

図８～図１１は、幾つかの実装に従った、例示的に画定された首ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示す、ディスプレイシステム８００の一部分の側面図である。ディスプレイシステム８００は、上述のディスプレイシステム３００及び６００と同様のコンポーネントを含む。

【0116】

図８では、第１のピボット向きにおいてディスプレイユニットを有するディスプレイシステム８００が示されている。ディスプレイシステム８００は、上述と同様に、ベース支持体８０２と、アーム支持体８０４と、ディスプレイユニット８０６とを含む。この例において、ベース支持体８０２は、線形自由度８１６で第１のベース部分８１２の内部を通じて直線的に並進可能な第２のベース部分８１４を含む。アーム支持体８０４は、第２のベース部分８１４に強固に結合される第１のアーム部分８１８と、線形自由度８２２で第１のアーム部分８１８の内部を通じて直線的に並進可能な第２のアーム部分８２０とを含む。

【0117】

ディスプレイユニット８０６は、上記例に記載したのと同様に、傾斜部材８２４によって第２のアーム部分８２０に結合される。傾斜部材８２４は、第１の端で第２のアーム部分８２０に回転可能に結合され、軸８２６について回転する。ディスプレイユニット８０６は、上記例に記載したのと同様に、傾斜部材８２４の第２の端に回転可能に結合されることができ、傾斜部材８２４に従って軸８２６について回転する。

【0118】

図８において、ディスプレイユニット８０６は、ほぼ水平であることができ且つ傾斜軸８２６に対してほぼ平行に、例えば、自由度８１６及び８２２によって画定される平面に対して直角に延びることができる、例示的な画定された首ピボット軸８４０について第１のピボット向きに方向付けられる。図示の例示的な実装において、首ピボット軸８４０は、傾斜軸８２６より下方に配置される。幾つかの実装において、画定された首ピボット軸８４０は、ディスプレイユニット８０６よりもベース支持体８０２から離れて配置される。

【0119】

画定された首ピボット軸８４０（及び本明細書に記載する画定された首ピボット軸のいずれか）は、ディスプレイユニット８０６が、図示のように、ヨー軸８３０についての中心化されたヨー回転向きに方向付けられるときに、ユーザ８５０のような典型的なユーザの首のピボット軸と整列される（例えば、ほぼ整列される）場所で方向付けられる。例えば、画定された首ピボット軸は、ディスプレイユニットを操作する典型的なユーザの首がほぼ枢動する場所と交差するように位置付けられる水平軸であることができる。この場所は、異なるユーザ（例えば、異なる高さのユーザ、異なる首のサイズユーザなど）において異なることがあり、且つ／或いは、ユーザは、幾つかの実装において、複数のユーザの好ましいピボット場所から決定される（例えば、平均化される）場所位置を画定された首ピボット軸について使用することができるように、画定された首ピボット軸がどこに配置されるかに関する異なる好みを有することがある。幾つかの例示的な実装において、画定された首ピボット軸は、ディスプレイユニットを操作するユーザの首の特定の骨又は任意の特定の頸椎、例えば、首の環椎骨又は軸骨とほぼ整列される場所に配置されることができる。更なる例において、画定された首ピボット軸は、ユーザの首の他の場所に対応するように画定されることができる。

【0120】

首ピボット軸８４０は、システムパラメータに基づいて画定される仮想軸である。ベース支持体８０２、アーム支持体８０４及び傾斜部材８２４の移動は、首ピボット軸８４０についての回転を提供することができる。首ピボット軸８４０は、所望の首ピボット軸についての回転を生成する際のこれらのコンポーネントの移動によって画定されるような、図８に示す位置とは異なる位置にあることができる。

【0121】

幾つかの実装は、画定された首ピボット軸の位置が、特定のユーザの特定の好み又は生理学に順応するように、例えば、ユーザ入力によって、変更されることを可能にする。幾つかの例において、画定された首ピボット軸は、（軸が自由度８１６及び８２２によって画定される垂直平面に対して直交する異なる場所のような）画定された首ピボット軸が傾斜軸８２６に対して平行である異なる場所、例えば、ユーザの視点では、従前の場所から上、下、前方及び／又は後方である新しい場所に変更されることができる。幾つかの実装では、格納されたプロファイル又は設定を特定のユーザと関連して格納し、そのユーザによるディスプレイシステムの使用のために適用することができる。格納されたプロファイルは、（以下に記載する）画定された首ピボット軸及び／又は画定された眼ピボット軸のための空間内の好ましい場所を含み、それらのいずれもシステム動作のためにロードされることができる。幾つかの実装は、そのユーザのためにカスタマイズされた画定された首ピボット軸を決定する際にユーザを誘導することができる。例えば、システムは、ユーザに指示を出力して、ユーザの首を曲げさせ、ユーザの首を真っ直ぐにさせ、センサデータ（例えば、画像キャプチャデバイスによってキャプチャされた画像）に基づいてユーザの身体に関するユーザの頭の回転及び軌跡を感知することができる。このデータは、そのユーザのために示唆される首ピボット軸の場所を決定するために、ディスプレイシステム（又は制御システム）によって使用され、その記述は、ディスプレイユニット８０６のディスプレイデバイスのような出力デバイスによって出力されることができる。

【0122】

図示する第１のピボット向きにおいて、ディスプレイユニット８０６は、画定されたピボット軸８４０について水平視認向きにある。首ピボット軸８４０に対するディスプレイユニット８０６の視認向きは、図８において、首ピボット軸８４０を通じて水平に延びる線８４２によって示される。この実装において、水平視認向きは、アーム支持体８０４に対して平行な水平向きにおける傾斜部材８２４に対応する。首ピボット軸８４０についてのディスプレイユニット８０６の回転は、ベース支持体８０２の部分８１４、アーム支持体８０４の部分８２０及び／又は傾斜部材８２４を適切な位置及び／又は向きに移動させることによって達成される。

【0123】

図８は、画定された眼ピボット軸８６０も示している。画定された眼ピボット軸８６０は、ディスプレイユニット８０６が、図示のように、ヨー軸８３０について中心化されたヨー回転向きに方向付けられるときに、ディスプレイユニット８０６のビューポートを通じて見ているユーザ８５０のような典型的なユーザの眼と交差する眼軸に対応する（例えば、一致する）場所に位置付けられる。幾つかの実装において、画定された眼ピボット軸は、例えば、自由度８１６及び８２２によって画定される平面に対して直交する、傾斜軸８２６に対して平行に延びる。この画定された眼ピボット軸は、ディスプレイユニット８０６が、図示のように、軸８３０について中心化されたヨー回転向きに方向付けられるときに、ディスプレイユニット８０６の視認向きに対して直交することができる。眼ピボット軸８６０に対するディスプレイユニット８０６の視認向きは、視線８６２(sight line)によって示されており、視線８６２は、図８において、眼ピボット軸８６０を通じて水平に延び、ディスプレイユニットのユーザ８５０のための基準視認角(reference view angle)を示している。幾つかの実装では、図示のように、傾斜軸８２６は、視線８６２より上方に位置する。眼ピボット軸８６０に基づくディスプレイシステム８００の動きは、図１２～図１４に関して以下により詳細に記載される。ディスプレイユニット３０６の他の画定されたピボット軸、例えば、前頭ピボット軸又は手入力デバイス軸についてのディスプレイシステム８００の動きは、首ピボット軸及び／又は眼ピボット軸についての動きと同様に実装されることができる。

【0124】

図９において、ディスプレイユニット８０６は、ユーザ８５０の「上向き(upward)」視認角を可能にするよう、首ピボット軸８４０について回転される第２のピボット向きに方向付けられる。角度Ａ１は、首ピボット軸８４０についてのディスプレイユニット８０６の例示的な回転角度であり、角度Ａ１は、ディスプレイユニット８０６の水平視認向き８４２とディスプレイユニット８０６の首軸視認方向９４２との間の角度である。ディスプレイユニット８０６は、ベース支持体８０２、アーム支持体８０４及び傾斜部材８２４を図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、図８に示す第１のピボット向きに対して首ピボット軸８４０について回転されている。例えば、図８に示す第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット８０６は、傾斜部材８２４を図示の角度まで上向きに（図９の観点では軸８２６について反時計回り）に回転させ、第２のアーム部分８２０をベース支持体８０２から離れてユーザ８５０に向かって図示の位置に直線的に並進させ、第２のベース部分８１４を上向きに（例えば、地面から離れて）図示の位置に直線的に並進させることによって、第２のピボット向きに移動される。傾斜軸８２６は、首ピボット軸８４０とは無関係である。何故ならば、首ピボット軸８４０についての回転は、傾斜軸８２６についての回転並びに自由度８２２及び８１６における直線運動（並進）を使用するからである。

【0125】

幾つかの実装において、図９に示す視認角は、ディスプレイユニット８０６の上向きの（例えば、図９に示すような反時計回りの）回転限界である。他の実装において、ディスプレイユニット８０６は、この方向における回転の限界に達する前に、図９に示すよりも大きな量だけ上向きに（例えば、反時計回りに）回転されることができる。

【0126】

図１０において、ディスプレイユニット８０６は、ユーザ８５０の「下向きの」視認角を可能にするよう、画定された首ピボット軸８４０について回転された第３のピボット向きで方向付けられる。角度Ａ２は、首ピボット軸８４０についてのディスプレイユニット８０６の例示的な回転角度であり、角度Ａ２は、ディスプレイユニット８０６の水平視認向き８４２とディスプレイユニットの首軸視認向き１０４２との間の角度である。ディスプレイユニット８０６は、ベース支持体８０２、アーム支持体８０４及び傾斜部材８２４を図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、首ピボット軸８４０について回転させられている。例えば、図８に示す第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット８０６は、傾斜部材８２４を下向きに図示の角度まで（図１０の観点では軸８２６について時計回りに）回転させ、第２のアーム部分８２０を自由度８２２でベース支持体８０２に向かって並びにユーザ８５０から離れて図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分８１４を下向きに（例えば、地面に向かって）図示の位置まで直線的に並進させることによって、第３のピボット向きに移動される。

【0127】

図１１において、ディスプレイユニット８０６は、ユーザ８５０の更に下向きの視認角を可能にするよう、画定された首ピボット軸８４０について回転された第４のピボット向きに方向付けられる。角度Ａ３は、首ピボット軸８４０についてのディスプレイユニット８０６の例示的な回転角度であり、角度Ａ３は、ディスプレイユニット８０６の水平視認向き８４２とディスプレイユニットの首軸視認向き１１４２との間の角度である。ディスプレイユニット８０６は、ベース支持体８０２、アーム支持体８０４及び傾斜部材８２４を図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、首ピボット軸８４０について回転させられている。例えば、図１０に示す第３のピボット向きに対して、ディスプレイユニット８０６は、傾斜部材８２４を更に下向きに図示の角度まで（図１１の視点では軸８２６について時計回りに）回転させ、第２のアーム部分８２０を自由度でベース支持体８０２に向かって並びにユーザ８５０から離れて図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分８１４を下向きに（例えば、地面に向かって）図示の位置まで直線的に並進させることによって、第４のピボット向きに移動される。

【0128】

図８～図１１に示す例示的な実装において、画定された首ピボット軸８４０と傾斜軸８２６との間の距離は、画定された首ピボット軸８４０についてのディスプレイユニットの回転中に固定される。

【0129】

図１２～図１４は、幾つかの実装に従った、画定された眼ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示す、ディスプレイシステム８００の一部分の側面図である。ディスプレイシステム８００は、上述のディスプレイシステム３００、６００及び７００と類似のコンポーネントを含む。

【0130】

図１２において、ディスプレイユニット８０６は、ユーザ８５０の上向きの視認角を可能にするよう、画定された眼ピボット軸８６０について回転される第５のピボット向きに方向付けられる。角度Ａ４は、眼ピボット軸８６０についてのディスプレイユニット８０６の例示的な回転角度であり、角度Ａ４は、（図８に示すような）ディスプレイユニット８０６の水平な眼軸視認向き８６２とディスプレイユニットの眼軸視認向き１２６２との間の角度である。ディスプレイユニット８０６は、ベース部分、支持体８０２、アーム支持体８０４及び傾斜部材８２４を図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、図８に示す第１のピボット向きに対して眼ピボット軸８６０について回転されている。例えば、図８に示す第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット８０６は、傾斜部材８２４を上向きに図示の角度まで（図１２の視点では軸８２６について反時計回りに）に回転させ、第２のアーム部分８０４をベース支持体８０２から離れて並びにユーザに向かって図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分８１４を上向きに（例えば、地面から離れて）図示の位置まで直線的に並進させることによって、第５のピボット向きに移動される。傾斜軸８２６は、眼ピボット軸８６０とは無関係である。何故ならば、眼ピボット軸８６０についてのディスプレイユニット８０６の回転は、傾斜軸８２６についての回転及び自由度８２２及び８１６での線形運動（並進）を使用するからである。

【0131】

図１３において、ディスプレイユニット８０６は、ユーザ８５０の下向きの視認角を可能にするよう、画定された眼ピボット軸８６０について回転される、第６のピボット向きに方向付けられる。角度Ａ５は、眼ピボット軸８６０についてのディスプレイユニット８０６の例示的な回転角度であり、角度Ａ５は、ディスプレイユニット８０６の水平な眼軸視認向き８６２とディスプレイユニットの眼軸視認向き１３６２との間の角度である。ディスプレイユニット８０６は、ベース支持体８０２、アーム支持体８０４及び傾斜部材８２４を図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、眼ピボット軸８６０について回転されている。例えば、図８に示す第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット８０６は、傾斜部材８２４を下向きに図示の角度まで（図１３の視点では軸８２６について時計回りに）に回転させ、第２のアーム部分８０４を自由度８２２でベース支持体８０２に向かって並びにユーザ８５０から離れて図示の距離だけ直線的に並進させ、第２のベース部分８１４を下無機に（例えば、地面に向かって）図示の距離だけ直線的に並進させることによって、第６のピボット向きに移動される。

【0132】

図１４において、ディスプレイユニット８０６は、ユーザ８５０の更なる下向きの視認角を可能にするよう、画定された眼ピボット軸８６０について回転される、第７のピボット向きに方向付けられる。角度Ａ６は、眼ピボット軸８６０についてのディスプレイユニット８０６の例示的な回転角度であり、角度Ａ６は、ディスプレイユニット８０６の水平な眼軸向き８６２とディスプレイユニットの眼軸向き１４６２との間の角度である。ディスプレイユニット８０６は、ベース支持体８０２、アーム支持体８０４及び傾斜部材８２４を図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、眼ピボット軸８６０について回転されている。例えば、図８に示す第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット８０６は、傾斜部材８２４を下向きに図示の角度まで（図１４の視点では軸８２６について時計回りに）回転させ、第２のアーム部分８０４を自由度８２２でベース支持体８０２に向かって並びにユーザ８５０から離れて図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分８１４を下向きに（例えば、地面に向かって）図示の位置まで直線的に並進させることによって、第７のピボット向きに移動される。

【0133】

図１５及び図１６は、それぞれ、幾つかの実装に従った、ディスプレイシステムのための例示的なベース支持体１５００の斜視図及び側面図である。例えば、ベース支持体１５００は、ディスプレイシステム３００（図３～図５）のベース支持体３０２として、ディスプレイシステム６００（図６）のベース支持体６０２として、又はディスプレイシステム７００（図７）のベース支持体７０２として使用されることができる。

【0134】

ベース支持体１５００は、伸縮自在な(入れ子式の)(telescoping)第１のベース部分１５０２と第２のベース部分１５０４とを含む。第１のベース部分１５０２は、地面、例えば、床又は他の支持面に結合される細長い部材であり、中空の内部を含む。第２のベース部分１５０４は、第２のベース部分１５０４が第１のベース部分１５０２と摺動可能に係合されるように、第１のベース部分１５０２の内部に位置付けられる細長い部材である。幾つかの実装において、第２のベース部分１５０４は、第１及び第２のベース部分の摺動係合の安定性を提供するために、第１のベース部分１５０２の嵌合部分によって係合される長さ方向の（例えば、垂直な）の溝を含むことができ、逆も同様である。

【0135】

駆動機構は、第２のベース部分１５０４に力を加えて、この部分を移動させる。駆動機構は、第２のベース部分１５０４を自由度１５０６で第１のベース部分１５０２内で直線的に並進させる１つ以上のアクチュエータを含む。この例において、駆動機構は、アクチュエータから第２のベース部分１５０４に力を伝達するボールねじ伝動装置(ballscrew transmission)を含む。アクチュエータは、第１のベース部分１５０２の一端、例えば、接地された支持体に結合される端に強固に結合される回転モータ１５０８であることができる。モータ１５０８は、第１のベース部分１５０２の内部部分を通じて並びに第２のベース部分１５０４の内部部分を通じて延びるボールねじ１５１０の第１の端に結合される回転シャフトを有する。ボールねじ１５１０は、ボールねじナット１５１２のネジ山付き孔に係合するネジ山付き部材である。ボールねじナット１５１２は、第２のベース部分１５０４に強固に結合される。幾つかの実装において、ボールねじ１５１０は、その第２の端で、支持軸受１５１４に回転可能に結合されることができ、支持軸受１５１４は、第２のベース部分１５０４に強固に結合される。例えば、支持軸受１５１４は、ボールねじ１５１０に対して平行なボールねじナット１５１２を通じる中心軸に沿ってボールねじ１５１０を整列させることができる。幾つかの実装において、支持軸受１５１４は使用されない。

【0136】

動作中、モータ１５０８は、その回転可能なシャフトに対して力を出力して、ボールねじ１５１０を回転させる。ボールねじ１５１０の回転は、ボールねじナット１５１２及び支持軸受１５１４を、ボールねじ１５１０の長手軸線に沿って直線的に移動させる。ボールねじナット１５１２の動きは、ボールねじ１５１０によって並びに第１及び第２のベース部分１５０２及び１５０４の摺動係合によって制約される。ボールねじナット１５１２の線形運動は、第２のベース部分１５０４を自由度１５０６で直線的に移動させる。従って、ボールねじ伝動は、モータ１５０８からの回転力を、第２のベース部分１５０４に加えられる線形力に変換する。幾つかの実装において、モータ１５０８は、モータシャフト及びボールねじの回転向きを決定する回転エンコーダのようなセンサに結合されることができ、それは第１のベース部分１５０２に対する第２のベース部分１５０４の線形位置に変換されることができる。

【0137】

モータ１５０８は、他の実装について本明細書に記載するのと同様に、様々なタイプのアクチュエータのいずれであることができる。例えば、能動アクチュエータ、例えば、モータ（例えば、ＤＣモータ）、ボイスコイル、又は他のタイプの能動アクチュエータを使用することができる。モータ１５０８は、例えば、遠隔操作システム又は他のシステムの制御回路からの制御信号を使用して制御されることができる。１つ以上のセンサは、第１のベース部分１５０２に対する第２のベース部分１５０４の並進及び／又は位置を検出するように作動する図１５のコンポーネントのうちの１つ以上に結合されることができる。例えば、幾つかの実装では、モータ１５０８に結合される回転エンコーダに加えて或いはその代わりに、第１のベース部分１５０２及び／又は第２のベース部分１５０４に線形センサを結合して、第１のベース部分１５０２に対する第２のベース部分１５０４の線形運動を感知することができる。センサは、感知される位置、向き又は動きを記述する信号を、１つ以上の制御回路、例えば、遠隔操作システム１００の制御システムに送信することができる。幾つかのモード又は実装において、制御回路は、感知された位置、向き又は運動を示す制御信号を、マニピュレータシステムに提供することができる。センサは、様々なタイプのセンサ、例えば、磁気センサ（例えば、磁気インクリメンタル線形位置センサ、ホール効果センサなど）、光学センサ、エンコーダ、抵抗センサなどのうちのいずれであることができる。

【0138】

幾つかの実装では、追加の駆動機構をベース支持体１５００に設け、人間工学的支持体、例えば、図２の人間工学的支持体２１４に結合して、人間工学的支持体の直線的な上下運動を引き起こす力を提供し、支持体の高さに関する特定のユーザの好みに順応させることができる。幾つかの例において、追加の駆動機構は、ベース支持体１５００の外側に取り付けられることができる一方で、第２のベース部分１５０４のための駆動機構は、図示のように、ベース支持体３０２の内側に設けられることができる。例えば、追加の駆動機構は、上述と同様なアクチュエータ及びボールねじ機構、及び／又は異なる駆動機構を使用することができる。

【0139】

図１７及び図１８は、それぞれ、幾つかの実装に従った、ディスプレイシステムのための例示的なアーム支持体１７００の斜視図及び側面図である。例えば、アーム支持体１７００は、ディスプレイシステム３００（図３～図５）のアーム支持体３０４として、ディスプレイシステム６００（図６）のアーム支持体６０４として、或いはディスプレイシステム７００（図７）のアーム支持体７０４として使用されることができる。

【0140】

アーム支持体１７００は、伸縮自在な第１のアーム部分１７０２及び第２のアーム部分１７０４を含む。第１のアーム部分１７０２は、中空の内部を有する細長い部材であり、幾つかの実装では、ベース支持体、例えば、第２のベース部分３１４、６１４、もしくは７１４、又は図１５の第２のベース部分１５０４に結合されることができる。第２のアーム部分１７０４は、第２のアーム部分１７０４が第１のアーム部分１７０２と摺動可能に係合されるように、第１のアーム部分１７０２の内部に位置付けられる細長い部材である。幾つかの実装において、第２のアーム部分１７０４は、第１及び第２のアーム部分の摺動係合の安定性を提供するために、第１のアーム部分１７０２の嵌合部分によって係合される長さ方向の（例えば、水平な）溝を含むことができ、逆も同様である。

【0141】

第２のアーム部分１７０４は、自由度１７０６で第１のアーム部分１７０２内で直線的に並進するよう、１つ以上のアクチュエータによって駆動される。この例では、アクチュエータから第２のアーム部分１７０４に力を伝動するために、ボールねじ伝動装置が使用される。アクチュエータは、第１のアーム部分１７０２の一端、例えば、接地された支持体に結合される端に強固に結合される回転モータ１７０８であることができる。モータ１７０８は、第１のアーム部分１７０２の内部部分を通じて並びに第２のベース部分１７０４の内部部分を通じて延びるボールねじ１７１０の第１の端に結合される回転シャフトを有する。ボールねじ１７１０は、ボールねじナット１７１２のネジ山付き孔に係合するねじ山付き部材である。ボールねじナット１７１２は、第２のアーム部分１７０４に強固に結合される。幾つかの実装において、ボールねじ１７１０は、その第２の端で、支持体１７１４に回転可能に結合されることができ、支持体１７１４は、第２のアーム部分１７０４に強固に結合され、ボールねじ１７１０を、ボールねじ１７１０に対して平行なボールねじナット１７１２を通じる中心軸に沿って整列させる。幾つかの実装において、支持軸受１７１４は、使用されない。

【0142】

動作中、モータ１７０８は、その回転可能なシャフトに対して力を出力して、ボールねじ１７１０を回転させる。ボールねじ１７１０の回転は、ボールねじナット１７１２を、ボールねじ１７１０の長手に沿って直線的に移動させる。ボールねじナット１７１２の動きは、ボールねじ１７１０によって並びに第１及び第２のアーム部分１７０２、１７０４の摺動係合によって制約される。ボールねじナット１７１２の直線運動は、第２のアーム部分１７０４を自由度１７０６で直線的に移動させる。よって、ボールねじ伝動装置は、モータ１７０８からの回転力を、第２のアーム部分１７０４に加えられる直線力に変換する。幾つかの実装において、モータ１７０８は、モータシャフト及びボールねじ１７１０の回転向きを決定する回転エンコーダのようなセンサに結合されることができ、それは第１のアーム部分１７０２に対する第２のアーム部分１７０４の直線位置に変換されることができる。

【0143】

モータ１７０８は、他の実装、例えば、モータ（例えば、ＤＣモータ）、ボイスコイル、又は他のタイプの能動アクチュエータのような能動アクチュエータについて本明細書に記載されるのと同様な、様々なタイプのアクチュエータのうちのいずれかであることができる。モータ１７０８は、例えば、遠隔操作システム又は他のシステムの制御回路からの制御信号を使用して制御されることができる。１つ以上のセンサが、第１のアーム部分１７０２に対する第２のアーム部分１７０４の並進及び／又は位置を検出するように作動する図１７のコンポーネントのうちの１つ以上に結合されることができる。例えば、幾つかの実装では、モータ１７０８に結合される回転エンコーダに加えて或いはその代わりに、第１のアーム部分１７０２及び／又は第２のアーム部分１７０４に直線センサを結合して、第１のアーム部分１７０２に対する第２のアーム部分１７０４の直線運動を感知することができる。センサは、感知される位置、向き又は動きを記述する信号を、１つ以上の制御回路、例えば、遠隔操作システム１００の制御回路に送信することができる。幾つかのモード又は実装において、制御回路は、感知される位置、向き又は動きを示す制御信号を、マニピュレータシステムに提供することができる。センサは、様々なタイプのセンサ、例えば、磁気センサ（例えば、磁気インクリメンタル直線位置センサ、ホール効果センサなど）、光学センサ、エンコーダ、抵抗センサなどのうちのいずれであることができる。

【0144】

図１９、図２０及び図２１は、それぞれ、幾つかの実装に従った、例示的傾斜機構１９００の側面図、正面図及び斜視図である。

【0145】

傾斜機構１９００は、傾斜部材１９０２と、傾斜駆動機構１９０４とを含む。例えば、傾斜部材１９０２は、ディスプレイシステム３００（図３～図５）の傾斜部材３２４として、ディスプレイシステム６００（図６）の傾斜部材６２４として、或いはディスプレイシステム７００（図７）の傾斜部材７２４として使用されることができる。例えば、ディスプレイユニット３０６（図３）、ディスプレイユニット６０６（図６）、又はディスプレイユニット７０６（図７）のようなディスプレイユニットが、上述と同様に傾斜部材１９０２に結合されることができる。例えば、ディスプレイユニットは、傾斜部材１９０２の一部分１９０５で結合されることができ、その例が図２２を参照して記載される。

【0146】

傾斜部材１９０２は、支持体１９０６に回転可能に結合される。幾つかの例において、支持体１９０６は、上述の第２のアーム部分３２０、６２０、７２０又は１７０４のようなアーム支持体の一部分（例えば、遠位部分）であることができ、或いはそれに結合されることができる。傾斜部材１９０２は、例えば、上述の傾斜軸３２６、６２６又は７２６であることができる傾斜軸１９０８について回転することができる。

【0147】

傾斜駆動機構１９０４は、傾斜部材１９０２の回転を傾斜軸１９０８についての特定の向きに駆動する１つ以上のアクチュエータを含むことができる。この例では、モータ１９１０が、傾斜部材１９０２の延長部分１９１２及び／又は１９１３に強固に結合される被駆動シャフト１９１１を含む。モータ１９１０は、支持体１９０６に強固に結合されるハウジングを有する。シャフト１９１１がモータ１９１０によって回転されるときに、傾斜部材１９０２は、傾斜軸１９０８について回転される。幾つかの実装において、モータ１９１０の被駆動シャフト１９１１は、傾斜部材１９０２の第１及び第２の延長部分１９１２及び１９１３の両方に結合されることができ、或いは被駆動シャフトは、第１及び第２の延長部分１９１２又は１９１３のうちの１つに結合されることができる。幾つかの実装において、傾斜部材１９０２は、単一の延長部分１９１２又は１９１３を含む。

【0148】

モータ１９１０は、様々なタイプのアクチュエータ、例えば、モータ、ボイスコイル、又は他のタイプの能動アクチュエータのような、能動アクチュエータのうちのいずれかであることができる。モータ１９１０は、例えば、遠隔操作システム又は他のシステムの制御回路からの制御信号を使用して制御されることができる。

【0149】

幾つかの実装において、モータ１９１０は、モータシャフト１９１１と同じ量だけ直接回転される傾斜部材１９０２の代わりに、接続された傾斜部材１９０２の回転量を増加又は減少させるために、モータシャフトの出力回転の歯車装置(gearing)を提供することができる駆動伝動装置１９１４(drive transmission)に結合される。駆動伝動装置１９１４は、傾斜部材１９０２の延長部材１９１２に強固に結合されるシャフト１９１５を含む。例えば、駆動伝動装置１９１４は、駆動シャフト１９１１の全回転がシャフト１９１５の部分回転を提供して、傾斜部材１９０２の部分回転を引き起こすような、歯車装置を提供することができる。幾つかの例において、駆動伝動装置１９１４は、高調波駆動機構である。幾つかの実装では、例えば、キャプスタン駆動機構、機械的歯車などのような異なる駆動伝動装置を使用することができる。

【0150】

１つ以上のセンサは、軸１９０８についての傾斜部材１９０２の回転を検出するように作動する傾斜機構１９０２のコンポーネントのうちの１つ以上に結合されることができる。例えば、幾つかの実装では、センサ１９１６（例えば、回転エンコーダ）が、モータ１９１０のシャフト１９１１に結合され、シャフト１９１１の回転向きを決定するので、（例えば、駆動伝動装置１９１４によって提供される回転減少を考慮して）軸１９０８についての傾斜部材１９０２の回転向きを決定することができる。幾つかの実装では、軸１９０８についての傾斜部材１９０２の回転向きを感知するために、センサを傾斜機構１９００の他のコンポーネントに結合することができる。センサは、感知される位置、向き又は動きを記述する信号を、１つ以上の制御回路、例えば、遠隔操作システム１００の制御システムに送信することができる。幾つかのモード又は実装において、制御回路は、感知される位置、向き又は動きを示す制御信号を、マニピュレータシステムに提供することができる。センサは、様々なタイプのセンサ、例えば、回転エンコーダ、磁気センサ（例えば、磁気インクリメンタル線形位置センサ、ホール効果センサなど）、光学センサ、エンコーダ、抵抗センサなどのうちのいずれかであることができる。

【0151】

図２２は、幾つかの実装に従った、例示的なディスプレイユニット機構２２００の斜視図である。ディスプレイユニット機構２２００は、ディスプレイユニット２２０２を傾斜部材２２０４に結合する。例えば、ディスプレイユニット２２０２は、それぞれ、図３－５、図６又は図７のディスプレイユニット３０６、６０６又は７０６であることができる。別の例において、傾斜部材２２０４は、図３、図６又は図７の傾斜部材３２４、６２４もしくは７２４、又は図１９～図２１の傾斜部材１９０２であることができる。

【0152】

ディスプレイユニット機構２２００は、ディスプレイユニット２２０２を傾斜部材２２０４に回転的に結合し、ディスプレイユニット２２０２が傾斜部材２２０４に対して軸２２０６について枢動することを可能にする、回転機構を含む。この例において、軸２２０６は、傾斜部材２２０４が回転する軸２２０８に対して垂直であることができる。例えば、軸２２０６は、それぞれ、図３、図６又は図７の上述の軸３３０、６３０又は７３０であることができ、軸２２０８は、それぞれ、図１９～図２１の軸１９０８、或いは図３、図６又は図７の傾斜軸３２６、６２６又は７２６であることができる。

【0153】

この例において、回転機構は、湾曲トラック軸受を含むトラック機構であり、湾曲トラック軸受は、湾曲トラック２２１０と、溝部材２２１２とを含む。湾曲トラック２２１０は、ディスプレイユニット２２０２に強固に結合され、傾斜部材２２０４に結合されるか或いはその一部である溝部材２２１２にある溝又は孔と摺動可能に係合される。湾曲トラック２２１０の湾曲は、ディスプレイユニット２２０２が、湾曲トラック２２１０を湾曲トラック２２１０の長さに沿って溝部材２２１２の溝内で摺動させることによって、軸２２０６について枢動することを可能にする。幾つかの他の実装では、湾曲トラックを傾斜部材２２０４に結合することができ、溝部材（又は摺動可能に嵌合する湾曲レール）をディスプレイユニット２２０２に結合することができ、その場合、溝部材は、湾曲トラックの長さに沿って軸２２０６についてディスプレイユニット２２０２と共に回転する。

【0154】

ディスプレイユニット機構２２００は、ディスプレイユニット２２０２に力を出力し、ディスプレイユニット２２０２を軸２２０６について駆動させる、駆動機構を含む。この例において、駆動機構は、キャプスタンドラム２２１６を含み、キャプスタンドラム２２１６は、幾つかの実装において、湾曲トラック２２１０に強固に結合される（或いは、幾つかの実装では、湾曲トラック２２１０の一体部分として含まれることができる）。駆動機構は、傾斜部材２２０４に強固に結合されるハウジングを有するモータ２２１８を含む。モータ２２１８は、様々なタイプのアクチュエータ、例えば、モータ（例えば、ＤＣモータ）、ボイスコイル又は他のタイプの能動アクチュエータのような能動アクチュエータのうちのいずれかであることができる。モータ２２１８は、例えば、遠隔操作システム又は他のシステムの制御回路からの制御信号を使用して制御されることができる。

【0155】

モータ２２１８の回転シャフトは、例えば、ディスプレイユニット２２０２が回転する軸２２０６に対して平行であることができる回転軸２２２０について回転する。モータ２２１８のシャフトは、キャプスタンプーリ２２２２に強固に結合され、キャプスタンプーリ２２２２を軸２２２０について回転させる。幾つかの実装において、キャプスタンプーリ２２２２は、ケーブル２２２４によってキャプスタンドラム２２１６に結合される。例えば、ケーブル２２２４の第１の端が、キャプスタンドラム２２１６の第１の端２２２６に取り付けられ、キャプスタンドラム２２１６の側面に沿って経路指定され(routed)、キャプスタンプーリ２２２２の周囲に巻き付けられ、キャプスタンドラム２２１６の表面に沿って第２の端２２２８に経路指定されることができ、ケーブルの第２の端は第２の端２２２９で取り付けられる。幾つかの実装では、２つのケーブル、例えば、ドラムの第１の端２２２６に取り付けられた第１の端とキャプスタンプーリ２２２２に取り付けられた第２の端とを有する第１のケーブルと、ドラムの第２の端２２２８に取り付けられた第１の端とキャプスタンプーリ２２２２に取り付けられた第２の端とを有する第２のケーブルとを使用することができ、２つのケーブルは、キャプスタンドラム２２１６の側面に沿って経路指定される。

【0156】

動作中、モータ２２１８は、軸２２２０についてそのシャフトを回転させて、キャプスタンプーリ２２２２の回転を引き起こすように制御される。キャプスタンプーリ２２２２の回転は、キャプスタンプーリ２２２２の周囲のケーブル２２２４の巻き取り及び巻き戻しを介して、ケーブル２２２４の移動を引き起こす。ケーブル２２２４の移動は、ディスプレイユニット２２０２が、溝部材２２１２の溝又は孔内の湾曲トラック２２１０によって案内されるときに、軸２２０６について回転することを可能にする。

【0157】

幾つかの実装では、例えば、ディスプレイシステムの非アクティブ化の間に、軸２２０６についてのディスプレイユニット２２０２の動きを停止するために、ブレーキを設けることができる。例えば、動作していないときに、ディスプレイユニット２２０２の回転を防止するために、例えば、電力が除去されるときに軸２２０６の周りにブレーキ力を加えるブレーキを使用することができる。様々な実装において、ブレーキは、モータシャフトの回転を低減し或いは防止するためにモータ２２１８のシャフトに結合される或いはキャプスタンプーリ２２２２に結合される回転ブレーキを含むことができ、且つ／或いは、ブレーキは、傾斜部材２２０４とディスプレイユニット２２０２との間に及び／又は傾斜部材２２０４とキャプスタンドラム２２１６／湾曲トラック２２１０との間に位置付けられて、これらのコンポーネントの相対的な動きにおいて摩擦を生じさせる、リニアブレーキを含むことができる。例えば、ブレーキは、ばね荷重ディスクブレーキを含むことができる。

【0158】

軸２２０６についてのディスプレイユニット２２０２の回転を検出するように作動するディスプレイユニット機構２２００のコンポーネントの１つ以上に、１つ以上のセンサを結合することができる。例えば、幾つかの実装では、センサ２２３０（例えば、回転エンコーダ）が、モータ２２１８のシャフトに結合され、軸２２０６についてのディスプレイユニット２２０２の回転向きを検出するためにモータシャフトの回転向きを決定する。幾つかの実装では、センサが、ディスプレイユニット２２０２の回転向きを感知するために、ディスプレイユニット機構２２００の他のコンポーネントに結合されることができる。センサは、感知される位置、向き又は動きを記述する信号を、１つ以上の制御回路、例えば、遠隔操作システム１００の制御システムに送信することができる。幾つかのモード又は実装において、制御回路は、感知される位置、向き又は動きを示す制御信号を、マニピュレータシステムに提供することができる。センサは、様々なタイプのセンサ、例えば、回転エンコーダ、磁気センサ（例えば、磁気インクリメンタル線形位置センサ、ホール効果センサなど）、光学センサ、エンコーダ、抵抗センサなどのうちのいずれかであることができる。

【0159】

他の実施例において、湾曲トラック２２１０及びキャプスタンドラム２２１６は、傾斜部材２２０４に結合されることができ、溝部材２２１２及びモータ２２１８は、ディスプレイユニット２２０２に結合されることができる。

【0160】

図２３は、幾つかの実装に従った、ディスプレイシステム２３００の別の実装の例の斜視図であり、図２４は、正面図であり、図２５は、側面図である。幾つかの例において、ディスプレイシステム２３００は、図１について並びに本明細書の他の箇所で記載されるように遠隔操作システムのユーザ制御システム１０２で使用されることができ、或いは他のシステムにおけるように又は上述のように独立システムとして使用されることができる。ディスプレイシステム２３００の構成は、他に示されない限り、上述のような図３のディスプレイシステム３００の構成と同様であることができる。

【0161】

ディスプレイシステム２３００は、ベース支持体２３０２と、アーム支持体２３０４と、ディスプレイユニット２３０６とを含む。以下により詳細に記載するように、ディスプレイユニット２３０６は、ベース支持体２３０２と、ベース支持体２３０２に結合されたアーム支持体２３０４と、アーム支持体２３０４に結合された（以下に記載するような）摺動部材とトラック部材とを含むトラック機構とを含む支持リンク機構によって、複数の移動自由度を備える。ディスプレイユニットは、摺動部材に結合される。

【0162】

幾つかの実装において、ベース支持体２３０２及びアーム支持体２３０４は、図３～図７を参照して上述したのと同様に実装されることができる。幾つかの例において、ベース支持体２３０２は、機械的に接地される、例えば、地面に結合される垂直部材である。ベース支持体２３０２は、支持構造２３１０に機械的に結合されることができる。ベース支持体２３０２は、第１のベース部分２３１２と、第２のベース部分２３１４とを含む。第１のベース部分２３１２は、機械的に接地されることができるベース支持体２３０２の近位部分であり、第２のベース部分２３１４は、第２のベース部分２３１４が第１のベース部分２３１２に対して直線自由度で並進可能であるように、第１のベース部分２３１２に直線的に結合される、ベース支持体２３０２の遠位部分である。幾つかの例において、第１のベース部分２３１２及び第２のベース部分２３１４は、伸縮自在に(入れ子式に)結合され、例えば、第１又は第２のベース部分２３１２又は２３１４の一方が第１又は第２のベース部分３１４又は２３１２の他方が通じて延びる中空の内部を有するチューブ又はスリーブとして構成されるように、第１のベース部分２３１２は、第１の伸縮自在なベース部分であり、第２のベース部分２３１４は、第２の伸縮自在なベース部分である。図２３～図２５の例において、第２のベース部分２３１４は、直線自由度２３１６で第１のベース部分２３１２の内部を通じて直線的に並進可能である。第１のベース部分２３１２に対する第２のベース部分２３１４の直線的な並進は、図１５及び図１６を参照して上述したのと同様に、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。他の実装は、異なる構成を使用することができる。例えば、第１のベース部分２３１２は、第２のベース部分２３１４が第１のベース部分２３１２に対して直線的に並進されることができるように、第２のベース部分２３１４の内部を通じて延びることができる。他の例において、ベース部分２３１２及び２３１４は、直線的な並進を可能にするために、それらの垂直長に沿って互いに隣接して位置付けられることができる。

【0163】

アーム支持体２３０４は、ベース支持体２３０２に機械的に結合される水平部材である。アーム支持体２３０４は、第１のアーム部分２３１８と、第２のアーム部分２３２０とを含む。第１のアーム部分２３１８は、ベース支持体２３０２の第２のベース部分２３１４に強固に結合されるアーム支持体２３０４の近位部分であり、第２のアーム部分２３２０は、第２のアーム部分２３２０が線形自由度で第１のアーム部分２３１８に対して直線的に並進可能であるように、第１のアーム部分２３１８に直線的に結合される、アーム支持体２３０４の遠位部分である。幾つかの例において、第１のアーム部分２３１８及び第２のアーム部分２３２０は、伸縮自在に連結され、例えば、第１又は第２のアーム部分２３１８又は２３２０の一方が第１又は第２のアーム部分２３２０又は２３１８の他方が通じて延びる中空の内部を有するチューブ又はスリーブとして構成されるように、第１のアーム部分２３１８は、第１の伸縮自在な部分であり、第２のアーム部分２３２０は、第２の伸縮自在なアーム部分である。図２３～図２５の例において、第２のアーム部分２３２０は、線形自由度２３２２で第１のアーム部分２３１８の内部を通じて直線的に並進可能である。第１のアーム部分２３１８に対する第２のアーム部分２３２０の直線的な並進は、図１７及び図１８に関してより詳細に記載するように、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。他の実装は、異なる構成を使用することができ、例えば、第１のアーム部分２３１８は、第２のアーム部分２３２０が第１のアーム部分２３１８に対して直線的に並進することができるように、第２のアーム部分２３２０の内部を通じて延びることができる。他の例では、直線的な並進を可能にするために、アーム部分２３１８及び２３２０をそれらの垂直長さに沿って互いに隣接して位置付けることができる。

【0164】

幾つかの実装において、第１のアーム部分２３１８及び第２のベース部分２３１４は、単一の部品(single piece)、例えば、第１のベース部分２３１２と第２のアーム部分２３２０との間に結合される中間支持体又は中間部分であると考えられることができる。中間支持体は、互いに直交して方向付けられる垂直な第２のベース部分２３１４に強固に結合される水平な第１のアーム部分２３１８を含む。第２のアーム部分２３２０は、中間支持体に対して自由度２３２２で水平に並進可能であり、中間支持体及び第２のアーム部分２３２０は、第１のベース部分２３１２に対して自由度２３１６で垂直に並進可能である。

【0165】

図示の幾つかの例において、アーム支持体２３０４は、ベース支持体２３０２が延びる垂直軸に対して直交する水平軸に沿って延びる。幾つかの例において、ベース支持体２３０２及びアーム支持体２３０４は、互いに対して配向で固定され、例えば、それらは並進するが、互いに対して向きを変えない。幾つかの例において、アーム支持体２３０４は、ディスプレイユニットを操作するユーザより上方の軸に沿って延び、ベース支持体２３０２を通じて延びる垂直軸は、アーム支持体２３０２の第１のアーム部分２３１８を通じて延びる。他の実装において、アーム支持体２３０４は、他の高さ及び／又は構成で、例えば、ユーザの頭又は身体より下方、ユーザの頭の高さで、ユーザの背後で、及びユーザの周囲のヨーキングなどして延在することができる、幾つかの実装は、図３～図５に記載するのと同様に、ディスプレイユニット２３０６を操作するユーザにとってより平滑な体験を提供するために、ディスプレイシステム２３００の支持体及び部材の振動を減少させるよう、ディスプレイシステム２３００内にコンポーネントを提供することができる。

【0166】

ディスプレイユニット２３０６は、アーム支持体２３０４に機械的に結合される。ディスプレイユニット２３０６は、第２のベース部分２３１４及び第２のアーム部分２３２０の直線的な並進によって提供される２つの線形自由度で移動可能である。幾つかの実装において、これらの線形自由度は、垂直平面内に設けられることができる。幾つかの例では、図示のように、垂直平面は、ベース支持体２３０２及びアーム支持体２３０４によって画定されることができる。

【0167】

ディスプレイユニット２３０６は、画像を表示することができるディスプレイデバイス、例えば、１つ以上の表示スクリーン、プロジェクタ、又は他のデバイスを含む。幾つかの実装では、図２３～図２５におけるように、ディスプレイユニット２３０６は、２つのビューポート２３２３を含み、ディスプレイデバイスは、ビューポートの背後に設けられるか、或いはビューポートに含まれる。幾つかの実装では、ビューポート２３２３の代わりに、１つ以上のディスプレイスクリーン又は他のディスプレイデバイスをディスプレイユニット２３０６に位置付けることができる。

【0168】

ディスプレイユニット２３０６は、トラック部材２３２４及び摺動部材２３３０を介してアーム支持体２３０４に結合される。図２３～図２５の例では、トラック部材２３２４の第１の端が、第２のアーム部分２３２０の遠位端に強固に結合される。トラック部材２３２４は、その第１の端から第２の端まで、湾曲した又は曲げられた構成で延在する。例えば、図２３～図２５の向きにおいて、トラック部材２３２４の第２の端は、第１の端よりも低い。この例において、トラック部材２３２４は、トラック部材の第１の端から（支持構造２３１０に向かって）概ね下に並びにベース支持体２３０２に向かって延びる。幾つかの実装において、トラック部材２３２４は、中心軸（例えば、軸２３２６）について湾曲する。幾つかの実装において、トラック部材２３２４は、線形セグメント又は部分を含まない。

【0169】

ディスプレイユニット２３０６は、摺動部材２３３０に結合され、摺動部材２３３０は、トラック部材２３２４に摺動可能に結合される。幾つかの実装では、図２３～図２５に示すように、摺動部材２３３０は、摺動部材を通じて延びる孔開口２３２９（又はスロットもしくは溝）を含み、トラック部材２３２４は、摺動部材２３３０及びディスプレイユニット２３０６がトラック部材の長さに沿って摺動することを可能にするよう、孔２３２９を通じて延びる。摺動部材２３３０及びディスプレイユニット２３０６は、トラック部材２３２４に沿う複数の位置のいずれかに位置付けられることができる。よって、トラック部材２３２４は、トラック部材２３２４の湾曲構成に従うディスプレイユニット２３０６のための位置のセットを提供する。

【0170】

図２３～図２５の例において、トラック部材２３２４は、ディスプレイユニット２３０６のための傾斜軸である軸２３２６について湾曲経路に沿って延在する。幾つかの実装では、湾曲トラック部材２３２４の半径が、傾斜軸２３２６の位置を決定する。例えば、傾斜軸２３２６は、トラック部材２３２４からある半径距離にある点を通じて延び、その点は、トラック部材２３２４によって少なくとも部分的にトレースされる円（又は他の形状）の中心にある。例えば、摺動部材２３３０及びディスプレイユニット２３０６がトラック部材２３２４に沿って移動されると、これらの要素は、回転（傾斜）自由度２３２７で第２のアーム部分２３２０に対して傾斜軸２３２６について回転的に移動する。幾つかの実装において、傾斜軸２３２６は、ベース支持体２３０２及びアーム支持体２３０４によってディスプレイユニット２３０６に提供される線形自由度に対して直角に方向付けられる。例えば、摺動部材２３３０は、自由度２３１６及び２３２２がベース支持体２３０２及びアーム支持体２３０４によって提供される垂直平面と同じ又は平行な垂直平面内にあるディスプレイユニット２３０６に回転自由度を提供することができる。幾つかの実装において、傾斜軸２３２６は、自由度２３１６及び２３２２によって画定される平面に対して直交する。幾つかの実装において、ベース支持体２３０２、アーム支持体２３０４及び案内部材２３３０は、支持リンク機構の遠位端で結合されるディスプレイユニット２３０６を有する支持リンク機構であると考えられることができる。

【0171】

摺動要素２３３０及びディスプレイユニット２３０６は、第１のアーム部分２３１４、第２のアーム部分２３２０及びトラック部材２３２４によって可能にされる移動に基づいて、画定されたピボット軸について回転されることができる。画定されたピボット軸についてのそのような回転の幾つかの例が、図２６～図３１に関して以下に記載される。

【0172】

幾つかの他の例示的な実装では、異なる機構を使用して、ディスプレイユニット２３０６をトラック部材２３２４に摺動可能に又は移動可能に結合することができる。例えば、カムローラが、ディスプレイユニット２３０６に結合されることができ、トラック部材２３２４は、カム従動子であることができる。カムローラは、カム従動子と係合する。例えば、カムローラは、ディスプレイユニット２３０６に回転可能に結合されることができ、幾つかの実装において、ヨー軸２３３２に対して直交する回転軸を有する。カムローラは、円筒状であることができ、カム従動子の湾曲面に沿って転動して、傾斜軸２３２６についての回転運動を提供することができる。例えば、カムローラは、カム従動子の壁又はリッジによってカム従動子に対して保持されることができる。幾つかの実装において、カム従動子（トラック部材２３２４）は、ディスプレイユニット２３０６に強固に結合されることができ、カムローラは、カム従動子がディスプレイユニット２３０６と共に傾斜軸２３２６について移動するように、傾斜部材２３２４に回転可能に結合されることができる。

【0173】

傾斜軸２３２６についてのディスプレイユニット２３０６の回転運動は、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。幾つかの実装では、回転モータ２３２８を摺動部材２３３０に強固に結合することができ、モータ２３２８の回転シャフトを（例えば、図２２に示すキャプスタンプーリ２２２２に類似する）キャプスタンプーリに結合することができる。ケーブルが、トラック部材２３２４の第１の端と第２の端との間に結合されることができ、トラック部材２３２４がキャプスタンドラムとして機能するようにモータ２３２８及びベース支持体２３０２に対向するトラック部材２３２４の側面に沿って走ることができる。ケーブルは、（例えば、図２２に関して記載するキャプスタン駆動機構と同様に）モータシャフトに接続されるキャプスタンプーリの周囲に巻き付けられる。幾つかの実装では、ケーブルの代わりに、２つのケーブル、例えば、トラック部材２３２４の第１の端に取り付けられた第１の端部とキャプスタンプーリに取り付けられた第２の端とを有する第１のケーブルと、トラック部材２３２４の第２の端に取り付けられた第１の端とキャプスタンプーリに取り付けられた第２の端とを有する第２のケーブルとを使用することができ、その場合、２つのケーブルは、トラック部材２３２４の側面に沿って経路指定される。

【0174】

このキャプスタン駆動機構を用いるならば、モータ２３２８を制御してキャプスタンプーリをいずれかの方向に回転させ且つケーブルを移動させることができ、それはディスプレイユニット２３０６をトラック部材２３２４に沿って対応する方向に引っ張る。制御回路（例えば、制御システム）からの制御信号によってモータ２３２８を制御して、傾斜自由度２３２７でディスプレイユニット２３０６を傾斜軸２３２６について特定の向きに移動させることができる。他の実装は、異なる駆動機構を使用して、トラック部材２３２４に沿ってディスプレイユニット２３０６を移動させることができる。

【0175】

幾つかの実装において、ディスプレイユニット２３０６は、摺動部材２３３０に回転的に結合され、ヨー軸２３３２について摺動部材２３３０に対して（並びにトラック部材２３２４、アーム支持体２３０４及びベース支持体２３０２に対して）回転されることができる。例えば、これは、ビューポート２３２３を介してディスプレイユニット２３０６の画像を見るユーザの視点からの横方向の又は左右の回転であることができる。図２３～図２５の例において、ディスプレイユニット２３０６は、トラック機構であり得る回転機構によって摺動部材２３３０に結合される。例えば、幾つかの実装において、トラック機構は、湾曲トラック２３３４を含む湾曲トラック軸受を含み、湾曲トラック２３３４は、ディスプレイユニット２３０６に結合され、湾曲トラック２３３４は、摺動部材２３３０に強固に結合される溝部材に摺動可能に係合し、例えば、図３及び図２２について上述したのと同様に作動する。これは、ディスプレイユニット２３０６が、溝部材の溝を通じて湾曲トラック２３３４を移動させることによって、回転（ヨー）自由度２３３３でヨー軸２３３２について回転することを可能にする。幾つかの実装では、湾曲トラックが摺動部材２３３０に結合され、溝部材がディスプレイユニット２３０６に結合され、溝部材は湾曲トラックと係合し且つ湾曲トラックの長さに沿って摺動して、ヨー軸２３３２についてのディスプレイユニット２３０６の回転移動を可能にする。幾つかの実装において、溝部材は、摺動部材２３３０の幅とほぼ同じ長さであることができ、且つ／或いは湾曲トラック２３３４が摺動するループの少なくとも一部分を含むことができる。

【0176】

幾つかの実装において、湾曲トラック２３３４は、記載するように溝部材に摺動可能に係合する湾曲レールである。幾つかの実装では、異なる機構を使用することができる。幾つかの例において、湾曲トラック２３３４は、カムローラに係合する湾曲カム従動子であることができる。例えば、カムローラは、ディスプレイユニット２３０６に回転可能に結合されることができ、様々な実装において、ヨー軸２３３２に対して直交する或いはヨー軸２３３２に対して平行な回転軸を有する。例えば、カムローラは、円筒状であることができ、摺動部材２３３０に強固に結合されるカム従動子の湾曲面に沿って転動することができる。例えば、カムローラは、カム従動子の壁又はリッジによってカム従動子に対して保持されることができる。幾つかの実装において、カム従動子は、ディスプレイユニット２３０６に強固に結合されることができ、カムローラは、摺動部材２３３０に回転可能に結合されることができる。

【0177】

湾曲トラック２３３４及び／又は溝部材の曲率（例えば、半径）は、ディスプレイユニット２３０６のユーザに対向する側面からの及び／又は傾斜軸２３２６からの特定の距離でヨー軸２３３２を提供するように選択される。例えば、ヨー軸２３３２は、以下に記載されるように、ヨー軸がユーザの頸にあるピボット軸に対応する画定された（仮想の又はソフトウェア画定された）首ピボット軸とほぼ交差するように、ディスプレイユニット３０６からの（水平自由度２３２２に対して平行な）水平距離で提供されることができる。画定された首ピボット軸は、幾つかの実装において、ディスプレイユニット２３０６の動きのための基準として使用されることができる。記載の実装において、ヨー軸２３３２と（例えば、自由度２３１６に対して平行な）垂直軸との間の角度は、傾斜軸２３２６についてのディスプレイユニット２３０６の向きに基づいて変化する。

【0178】

ヨー軸２３３２についてのディスプレイユニット２３０６のヨー運動は、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。例えば、モータ２３４０は、摺動部材２３３０に強固に結合され、駆動伝動装置を用いてヨー軸２３３２についてディスプレイユニットに力を出力する回転可能シャフトを有する、回転モータであることができる。幾つかの例において、駆動伝動装置は、例えば、図２２を参照して上述したキャプスタン駆動機構に類似する、キャプスタン駆動機構を含むことができる。例えば、モータ２３４０の被駆動シャフトは、キャプスタンプーリ２３４２に結合されることができる。ケーブル２３４４が、湾曲トラック２３３４に強固に結合されるキャプスタンドラム２３３６の両端に取り付けられることができ、その場合、ケーブルは、キャプスタンプーリ２３４２の周囲に巻き付けられるか、或いはキャプスタンプーリ２３４２とキャプスタンドラム２３３６のそれぞれの端との間に２つのケーブルを取り付けることができる。モータ２３４０は、キャプスタンプーリ２３４２を回転させて、ケーブルを移動させ（例えば、プーリでケーブルを巻き取り且つ巻き戻し）、それによって、キャプスタンドラム２３３６、湾曲トラック２３３４及びディスプレイユニット２３０６をヨー軸２３３２について回転させる。幾つかの実装では、他の伝動装置及び／又はカップリングを使用して、例えば、ディスプレイシステム３００について上述したのと同様な回転ジョイントを使用して、トラック部材２３２４及びアーム支持体２３０４に対するヨー軸２３３２についてのディスプレイユニット２３０６の回転運動を提供することができる。

【0179】

よって、ディスプレイシステム２３００は、垂直線形自由度２３１６、水平線形自由度２３２２、回転傾斜自由度２３２７及び回転ヨー自由度２３３３を有するディスプレイユニット２３０６を提供する。例えば、垂直及び水平自由度は、ディスプレイユニット２３０６が、可動域又は許容作業空間内（例えば、垂直平面内）の任意の位置に移動させられることを可能にし、傾斜自由度は、ディスプレイユニットが、その可動域内（例えば、垂直平面内又は平行な垂直平面内）で特定の向きに移動させられることを可能にする。

【0180】

これらの自由度のうちの少なくとも２つにおけるディスプレイシステム２３００のコンポーネントの協調運動の組み合わせは、ディスプレイユニット２３０６が、その作業空間内の様々な位置及び向きに位置決めされること、例えば、ユーザの周りで並進又は回転されることを可能にして、ディスプレイユニットを使用するユーザのためのカスタム視認体験を容易にする。傾斜、水平及び／又は垂直自由度におけるディスプレイユニット２３０６の動きは、ディスプレイユニット２３０６が、ユーザの頭運動中にユーザの頭及び眼に近く留まること、及び／又はユーザの前頭とディスプレイユニット２３０６との間の物理的接続を維持することを可能にする。

【0181】

例えば、ディスプレイユニット２３０６は、ユーザの眼がディスプレイユニットのビューポートと整列するように、その作業空間内に位置決め可能（例えば、並進可能及び／又は回転可能）である。加えて、ディスプレイユニット２３０６は、ユーザのための所望の垂直（例えば、上下）眼視認角を可能にするために、ユーザの眼の両方を通じる眼軸に対応する（例えば、一致する）画定された眼ピボット軸について物理的空間内で回転されることができる。ディスプレイユニットは、ユーザのための所望のヨー（例えば、左右）視認角を可能にするために、ヨー軸２３３２について回転されることができる。これらの回転は、ユーザがビューポートを通じて画像を見るために、ディスプレイユニット２３０６が快適に方向付けられることを可能にする。

【0182】

自由度は、追加的に又は代替的に、ディスプレイシステム２３００が、ディスプレイユニット２３０６の作業空間内の様々な位置のうちのいずれかに位置決めされることができる、異なる画定されたピボット軸についての物理的空間内のディスプレイユニット２３０６の動きを提供することを可能にする。例えば、システム２３００は、ディスプレイシステム２３００を操作するときのユーザの頭の動きに対応する物理的空間内のディスプレイユニット２３０６の動きを提供することができる。この動きは、ユーザの首にあるユーザの頭の首軸にほぼ対応する画定された首ピボット軸についての回転を含むことができる。この回転は、ディスプレイユニット２３０６が、例えば、図３～図５に示す頭入力デバイス３４２に類似する頭入力デバイスを使用して、ディスプレイユニット２３０６の移動を指示するユーザの頭に従って移動させられることを可能にする。首ピボット軸（図２６～図２９）及び眼ピボット軸（図３０～図３１）についてのディスプレイユニットのそのような動きの幾つかの例が以下に記載される。

【0183】

別の例において、ディスプレイユニット２３０６の動きは、ディスプレイユニット２３０６が、図示のように、ヨー軸２３３２について中心化されたヨー回転向きに方向付けれるときの、ユーザの前頭にあるユーザの頭を通じて延びる前頭軸にほぼ対応する、画定された前頭ピボット軸についての回転を含むことができる。幾つかの実装において、前頭ピボット軸は、ディスプレイユニット２３０６の入力デバイス（例えば、図３～図５の頭入力デバイス３４２に類似する頭入力デバイス）の一部分を通じて延びる前頭軸に対応し、その場合、その一部分は、ユーザの前頭と入力デバイスとの間の接触点又はその近くにある。幾つかの実装において、画定された前頭ピボット軸は、傾斜軸２３２６に対して平行に、例えば、線形自由度２３１６及び２３２２に対して直角に方向付けられることができる。画定された前頭ピボット軸は、代替的に、ユーザの前頭又はディスプレイユニットの異なる場所又は部分に対応するように位置決めされることができる。

【0184】

別の例において、ディスプレイユニット２３０６の動きは、ディスプレイユニット２３０６の１つ以上の手入力制御装置を通じて延びる軸にほぼ対応する、画定された手入力デバイス装置ピボット軸についての回転を含むことができる。例えば、この軸は、ディスプレイユニット２３０６の両側（左側及び右側）に位置付けられる両方の手入力制御装置２３４０ａ及び２３４０ｂの部分（例えば、グリップの中心）を通じて延びることができる。幾つかの実装において、画定された手入力デバイスピボット軸は、傾斜軸２３２６に対して平行に、例えば、上述の首、眼及び前頭ピボット軸と同様に、線形自由度２３１６及び２３２２に対して直角に方向付けられることができる。手入力デバイスピボット軸は、代替的に、ディスプレイユニットの異なる場所又は部分、例えば、異なる手入力デバイスの場所に対応するよう位置付けられることができる。例えば、手入力デバイスピボット軸は、ディスプレイユニット２３０６が、ユーザによる手入力デバイス２３４０ａ及び２３４０ｂの操作によって、且つ／或いは頭入力デバイス３４２、制御入力デバイス２１０及び２１２などのような、他のユーザ入力デバイスのユーザ操作によって、回転するように命令されることができる、回転軸を提供する。

【0185】

別の例において、その作業空間内のディスプレイユニット２３０６の動きは、例えば、傾斜及び／又はヨー自由度２３２７及び／又は２３３３における回転運動を伴わない、垂直線形自由度２３１６及び水平線形自由度２３２２における直線的な並進に基づく、線形運動を含むことができる。別の例において、動きは、直線運動及び回転運動の両方を含むことができる。例えば、ディスプレイユニット２３０６は、その作業空間内で直線的に、次に、回転的に、且つ／或いはその逆に移動されることができる。

【0186】

画定されたピボット軸についてのディスプレイユニット２３０６の回転中、垂直自由度２３１６におけるベース支持体２３０２の移動及び／又は水平自由度２３２２におけるアーム支持体２３０４の移動は、画定されたピボット軸についてのディスプレイユニットの回転方向を変化しないで、方向の変化を有することができる。例えば、アーム支持体２３０４は、ディスプレイユニットが完全に上向きから完全に下向きに回転されるときに、方向を逆にすることができる。よって、幾つかの実装では、ディスプレイユニットが画定されたピボット軸について第１の向きから第２の向きに回転している間に、ベース支持体又はアーム支持体が同じ位置で終わることが可能であり、その場合、支持体は、ディスプレイユニットがそれらの２つの向きの間を移行する間に、前後に移動する。

【0187】

ディスプレイユニット２３０６は、入力デバイスを含むことができ、入力デバイスは、ユーザが、空間内のディスプレイユニット２３０６の向き及び／又は位置を操作するために且つ／或いはディスプレイシステム２３００及び／又はより大きなシステム（例えば、遠隔操作システム）の他の機能又はコンポーネントを操作するために、入力を提供することを可能にする。入力デバイスの幾つかの例が、図３～図５（例えば、手入力デバイス３４０及び頭入力デバイス３４２）に関して記載され、そのような入力デバイスは、例えば、ディスプレイユニット２３０６の側面及び／又は前方対向面に同様の方法で提供される、ディスプレイシステム２３００において使用されることができる。例えば、手入力デバイス２３４０ａ及び２３４０ｂは、手入力デバイス３４０ａ及び３４０ｂと同様に、ディスプレイユニット２３０６に配置されることができる。そのような入力デバイスから提供されるユーザ入力は、図３～１４を参照して上述したように、ディスプレイユニット２３０６及び／又は表示される画像及び他のコンポーネントの動きを制御するために使用されることができる。

【0188】

ディスプレイシステムの幾つかの実装において、ディスプレイユニット２３０６は、自由度２３３３でヨー軸２３３２について回転可能であり、他の自由度２３１６、２３２２及び／又は２３２７のうちの１つ以上は、ディスプレイシステム２３００から省略される。例えば、ディスプレイユニット２３０６は、（例えば、アクチュエータによって、及び／又はユーザによって手動で）ヨー軸２３３２について回転されることができ、ディスプレイユニット２３０６は、例えば、ベース支持体２３０２又は他の機構を使用して、（例えば、アクチュエータによって、及び／又はユーザによって手動で）より高く及び／又はより低く手動で位置付けられることができ、水平自由度２３２２及び／又は傾斜自由度２３２７は省略される。

【0189】

図２６～図２９は、幾つかの実装に従った、例示的な画定された首ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示す、ディスプレイシステム２６００の一部分の側面図である。ディスプレイシステム２６００は、上述の図２３～図２５のディスプレイシステム２３００と同様のコンポーネントを含む。

【0190】

図２６において、ディスプレイシステム２６００は、第１のピボット向きのディスプレイユニットを有するように示されている。ディスプレイシステム２６００は、ベース支持体２６０２と、アーム支持体２６０４と、ディスプレイユニット２６０６とを含む。この例では、上述の例と同様に、ベース支持体２６０２は、接地される第１のベース部分２６１２と、第２のベース部分２６１４とを含む。第２のベース部分２６１４は、線形自由度２６１６で第１のベース部分２６１２の内部を通じて直線的に並進可能である。アーム支持体２６０４は、第２のベース部分２６１４に強固に結合された第１のアーム部分２６１８と、第２のアーム部分２６２０とを含む。第２のアーム部分２６２０は、線形自由度２６２２で第１のアーム部分２６１８の内部を通じて直線的に並進可能である。

【0191】

ディスプレイユニット２６０６は、図２３～図２５に関して上述した例と同様に、トラック部材２６２４及び摺動部材２６３０を介して、第２のアーム部分２６２０に結合される。トラック部材２６２４は、第２のアーム部分２６２０に強固に結合される。ディスプレイユニット２６０６は、摺動部材２６３０に結合され、摺動部材２６３０は、トラック部材２６２４に摺動可能に結合される。ディスプレイユニット２６０６は、トラック部材２６２４に沿う摺動部材２６３０の移動に従って、傾斜軸２６２６について回転する。

【0192】

図２６において、ディスプレイユニット２６０６は、画定された首ピボット軸２６４０について第１のピボット向きに方向付けられ、画定された首ピボット軸は、ほぼ水平であることができ、傾斜軸２６２６に対してほぼ平行に、例えば、自由度２６１６及び２６２２によって画定される平面に対して直角に延びることができる。例示的な実装において、首ピボット軸２６４０は、ディスプレイユニット２６０６のユーザ２６５０の頭又は首と交差するように位置決めされることができる。例えば、首ピボット軸２６４０は、ディスプレイユニット２６０６が、図示のように、ヨー軸２６３２について中心化されたヨー回転向きに方向付けられるときに、ユーザ２６５０のような典型的なユーザの首のピボット軸と整列させられる（例えば、ほぼ整合させられる）場所に位置付けられる。例えば、首のピボット軸は、ディスプレイユニットを操作する典型的なユーザの首がほぼピボットする場所である。この場所は、異なるユーザ（例えば、異なる高さのユーザ、異なる首のサイズのユーザなど）において異なることがあり、且つ／或いは、ユーザは、画定された首ピボット軸がどこに位置するかに関して異なる好みを有することがあるので、幾つかの実装では、複数のユーザの好ましいピボット場所から決定される（例えば、平均化される）場所が、画定された首ピボット軸のために使用されることができる。幾つかの例示的な実装において、画定された首ピボット軸は、ディスプレイユニットを操作するユーザの頸の特定の骨又は任意の特定の頸椎、例えば、首の環椎骨又は軸骨とほぼ整列させられる場所に位置することができる。更なる例において、画定された首ピボット軸は、ユーザの首の他の場所に対応するように画定されることができる。

【0193】

首ピボット軸２６４０は、システムパラメータに基づいて画定される仮想軸である。ベース支持体２６０２、アーム支持体２６０４及び摺動部材２６３０の移動は、首ピボット軸２６４０についての回転を提供することができる。首ピボット軸２６４０は、所望の首ピボット軸についての回転を生成する際にこれらのコンポーネントの移動によって画定されるような、図２６に示す位置とは異なる位置にあることができる。幾つかの実装は、特定のユーザの特定の好み又は生理学に順応するよう、例えば、ユーザ入力によって、画定された首ピボット軸の場所を変更することを可能にすることがある。幾つかの例において、画定された首ピボット軸は、画定された首ピボット軸が傾斜軸２６２６に対して平行である（軸が自由度２６１６及び２６２２によって画定される垂直平面に対して直交する異なる場所のような）異なる場所、例えば、ユーザの視点において従前の場所から上、下、前方及び／又は後方である新しい場所に変更されることができる。幾つかの実装では、格納されたプロファイル又は設定が、特定のユーザと関連して格納され、そのユーザによるディスプレイシステムの使用のために適用され、その場合、プロファイルは、画定された首ピボット軸及び／又は（以下に記載する）画定された眼ピボット軸のための好ましい位置を含み、それらのいずれもシステム動作のためにロードされることができる。これらの及び他の構成（例えば、画定された首ピボット軸を決定するためにユーザを案内すること）は、図８に関して記載されたものと同様であることができる。

【0194】

図２６に示す第１のピボット向きにおいて、例えば、ディスプレイユニット２６０６は、首ピボット軸２６４０について水平視認向きにあることができる。例えば、首ピボット軸２６４０に対するディスプレイユニット２６０６の視認方向は、図２６において、首ピボット軸２６４０を通じて水平に延びる線２６４２によって示されている。首ピボット軸２６４０についてのディスプレイユニット２６０６の回転は、ベース支持体２６０２の部分２６１４、アーム支持体２６０４の部分２６２０、摺動部材２６３０を適切な位置及び／又は向きに移動させることによって達成される。

【0195】

図２６は、画定された眼ピボット軸２６６０も示している。画定された眼ピボット軸２６６０は、ディスプレイユニット２６０６が、図示のように、ヨー軸２６３２について中心化されたヨー回転向きに方向付けられるときに、ディスプレイユニット２６０６のビューポートを通じて見ているユーザ２６５０のような典型的なユーザの眼と交差する眼軸に対応する（例えば、一致する）場所に位置付けられる。幾つかの実装において、画定された眼ピボット軸は、例えば、自由度２６１６及び２６２２によって画定される平面に直交する、傾斜軸２６２６に対してほぼ平行に延びる。この画定された眼ピボット軸は、ディスプレイユニット２６０６が、図示のように、軸２６３２について中心化されたヨー回転向きに方向付けられるときに、ディスプレイユニット２６０６の視認向きに直交することができる。眼ピボット軸２６６０に対するディスプレイユニット２６０の視認方向は、図２６において、眼ピボット軸２６６０を通じて水平に延びる視線２６６２によって示されている。幾つかの実装では、図示のように、傾斜軸２６２６は、視線２６６２より下方に位置する。眼ピボット軸２６６０に基づくディスプレイシステム２６００の移動は、図３１及び図３２に関して以下により詳細に記載される。ディスプレイユニット２６０６の他の画定されたピボット軸、例えば、前頭ピボット軸又は手入力デバイス軸についてのディスプレイシステム２６００の移動は、首ピボット軸及び／又は眼ピボット軸についての移動と同様に実装されることができる。

【0196】

図２７において、ディスプレイユニット２６０６は、ユーザ２６５０の「上向き」視認角を可能にするために、画定された首ピボット軸２６４０について第２のピボット向きに方向付けられる。角度Ａ１は、首ピボット軸２６４０についてのディスプレイユニット２６０６の例示的な回転角度であり、角度Ａ１は、ディスプレイユニット２６０６の水平視認向き２６４２とディスプレイユニット２６０６の首軸視認向き２７４２との間の角度である。ディスプレイユニット２６０６は、ベース支持体２６０２、アーム支持体２６０４及び摺動部材２６３０を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、図２６に示す第１のピボット向きに対して首ピボット軸２６４０について回転されている。例えば、図２６に示す第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット２６０６は、摺動する傾斜部材２６３０をトラック部材２６２４に沿って図示の向きに（図２７の視点において軸２６２６について反時計回りに）上方に移動させ、第２のアーム部分２６２０をベース支持体２６０２から離れて並びにユーザ２６５０に向かって図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分２６１４を上向きに（例えば、地面から離れて）図示の位置まで直線的に並進させることによって、第２のピボット向きに移動される。傾斜軸２６２６は、首ピボット軸２６４０とは無関係である。何故ならば、首ピボット軸２６４０についてのディスプレイユニット２６０６の回転は、傾斜軸２６２６についての回転並びに自由度２６２２及び２６１６における線形運動（並進）を使用するからである。

【0197】

幾つかの実装において、図２７に示す視認角は、ディスプレイユニット２６０６の上向きの（例えば、図２７に示すような反時計回りの）回転限界である。他の実装において、ディスプレイユニット２６０６は、この方向における回転の限界に達する前に、図２７に示すよりも大きな量だけ上向き（例えば、反時計回り）に回転されることができる。

【0198】

図２８において、ディスプレイユニット２６０６は、ユーザ２６５０の「下向き(downward)」視野角を可能にするために、画定された首ピボット軸２６４０についての第３のピボット向きに方向付けられている。角度Ａ２は、首ピボット軸２６４０についてのディスプレイユニット２６０６の例示的な回転角度であり、角度Ａ２は、ディスプレイユニット２６０６の水平視認向き２６４２とディスプレイユニットの首軸視認向き２８４２との間の角度である。ディスプレイユニット２６０６は、ベース支持体２６０２、アーム支持体２６０４及び摺動部材２６３０を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、首ピボット軸２６４０について回転されている。例えば、図２６に示す第１のピボット方向に対して、ディスプレイユニット２６０は、摺動部材２６３０を下向きに図示の向き（図２８の視点において軸２６２６について時計回り）に移動させ、第２のアーム部分２６２０を自由度２６２２でユーザ２６２０に向かって並びにベース支持体２６０２から離れて図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分２６１４を下向きに（例えば、地面に向かって）図示の位置まで直線的に並進させることによって、第３のピボット向きに移動される。

【0199】

図２９において、ディスプレイユニット２６０６は、ユーザ２６５０の更なる下向きの視認角を可能にするために、画定された首ピボット軸２６４０について第４のピボット向きで方向付けられている。角度Ａ３は、首ピボット軸２６４０についてのディスプレイユニット２６０６の例示的な回転角度であり、角度Ａ３は、ディスプレイユニット２６０６の水平視認向き２６４２とディスプレイユニットの首軸視認向き２９４２との間の角度である。ディスプレイユニット２６０６は、ベース支持体２６０２、アーム支持体２６０４及び摺動部材２６３０を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、首ピボット軸２６４０について回転されている。例えば、図２８に示す第３のピボット向きに対して、ディスプレイユニット２６０６は、摺動部材２６３０を更に下向き（図２９の視点において軸２６２６について時計回り）に図示の向きまで移動させ、第２のアーム部分２６２０を自由度３６２２でユーザ２６２２に向かって並びにベース支持体２６０２から離れて図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分２６１４を下向きに（例えば、地面に向かって）図示の位置まで直線的に並進させることによって、第４のピボット向きに移動される。

【0200】

図２６～図２９に示す例示的な実装において、画定された首ピボット軸２６４０と傾斜軸２６２６との間の距離は、画定された首ピボット軸２６４０についてのディスプレイユニットの回転中に固定される。

【0201】

図３０及び図３１は、幾つかの実装に従った、画定された眼ピボット軸についてのディスプレイユニットの回転を示す、図２６のディスプレイシステム２６００の一部分の側面図である。ディスプレイシステム２６００は、上述のディスプレイシステム２３００と同様のコンポーネントを含む。

【0202】

図３０において、ディスプレイユニット２６０６は、ユーザ２６５０の上向き視認角を可能にするために、画定された眼ピボット軸２６６０について第５のピボット向きに方向付けられている。角度Ａ４は、眼ピボット軸２６６０についてのディスプレイユニット２６０６の例示的な回転角度であり、角度Ａ４は、（図２６に示すような）ディスプレイユニット２６０６の水平な眼軸視認向き２６６２とディスプレイユニットの眼軸視認向き３０６２との間の角度である。ディスプレイユニット２６０６は、ベース支持体２６０２、アーム支持体２６０４及び摺動部材２６３０を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、図２６に示す第１のピボット向きに対して眼ピボット軸２６６０について回転されている。例えば、図２６に示す第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット２６０６は、摺動部材２６３０を上向きに図示の角度まで（図３０の視点において軸２６２６について反時計回りに）移動させ、第２のアーム部分２６２０をベース支持体２６０２に向かって並びにユーザ２６５０から離れて図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分２６１４を下向きに（例えば、地面に向かって）図示の位置まで直線的に並進させることによって、第５のピボット向きに移動される（この移動は、この例において、非常に小さい）。傾斜軸２６２６は、眼ピボット軸２６６０とは無関係である。何故ならば、眼ピボット軸２６６０についてのディスプレイユニット２６０６の回転は、傾斜軸２６２６についての回転並びに自由度２６２２及び２６１６における直線運動（並進）を使用することがあるからである。

【0203】

図３１において、ディスプレイユニット２６０６は、ユーザ２６５０の下向き視認角を可能にするために、画定された眼ピボット軸２６６０について第６のピボット向きに方向付けられている。角度Ａ５は、眼ピボット軸２６６０についてのディスプレイユニット２６０６の例示的な回転角度であり、角度Ａ５は、ディスプレイユニット２６０６の水平眼軸視認向き２６６２とディスプレイユニットの眼軸視認向き３１６２との間の角度である。ディスプレイユニット２６０６は、ベース支持体２６０２、アーム支持体２６０４及び部材２６３０を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、眼ピボット軸２６６０について回転されている。例えば、図２６に示す第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット２６０６は、摺動部材２６３０を下向きに図示の向き（図３１の視点において軸２６２６について時計回り）に下方に移動させ、第２のアーム部分２６２０を自由度２６２２でベース支持体２６０２から離れて並びにユーザ２６５０に向かって図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分２６１４を上向きに（例えば、アースから離れて）図示の位置まで直線的に並進させることによって、第６のピボット向きに移動される。

【0204】

図３０及び図３１のこの例示的な実装において、眼ピボット軸２６６０は、傾斜軸２６２６に近い位置にある。よって、眼ピボット軸２６６０についての回転は、大部分は、傾斜軸２６２６についての回転によって提供され、第２のアーム部分２６２０及び第２のベース部分２６１４の実質的な移動を必要としない。他の実装は、眼ピボット軸２６６０と傾斜軸２６２６との間により大きな距離を有することがあり、第２のアーム部分２６０４及び第２のベース部分２６１４のより大きな運動を必要とする。

【0205】

ディスプレイシステム２６００（及び２３００）は、上述のディスプレイシステム３００、６００及び７００について図８～図１４において上記で示した移動と同様に、ユーザの首ピボット軸及び／又は眼ピボット軸についてのディスプレイユニットの移動を提供することができる。特定の画定されたピボット軸のための幾つかの実装において、ディスプレイシステム２６００（及び２３００）は、ディスプレイシステム３００、６００及び／又は７００から要求されるよりも少ない、アーム支持体２６０４及びベース支持体２６０２の可動部分に要求される全体的な運動及び／又は移動範囲で、そのような移動を提供することができる。これらの例において、これは、ディスプレイユニット２６０６の傾斜軸２６２６が、首ピボット軸２６４０及び眼ピボット軸２６６０により近く、画定された首ピボット軸又は画定された眼ピボット軸により近い傾斜軸２６２６についてのディスプレイユニット２６０６の回転を可能にすることに起因する。

【0206】

図３２は、ディスプレイシステムの別の実装３２００の斜視図であり、図３３は、幾つかの実装に従った、ディスプレイシステム３２００の一部分３２０の正面図であり、図３４は、側面図であり、図３５は、頂面図であり、図３６は、底面図である。幾つかの例において、ディスプレイシステム３２００は、図１及び本明細書の他の箇所で記載するように遠隔操作システムのユーザ制御システム１０２において使用されることができ、或いは他のシステムにおいて使用されることができ、或いは上述のようにスタンドアローンシステムとして使用されることができる。ディスプレイシステム３２００の構成は、特に他のことが示されない限り、図３のディスプレイシステム３００及び／又は上述のようなディスプレイシステム２３００の構成と類似であることができる。

【0207】

ディスプレイシステム３２００は、ベース支持体３２０２と、アーム支持体３２０４と、ディスプレイユニット３２０６とを含む。ディスプレイユニット３２０６は、ベース支持体３２０２と、ベース支持体３２０２に結合されるアーム支持体３２０４とを含む、支持リンク機構によって、複数の移動の自由度を備え、ディスプレイユニット３２０６は、アーム支持体３２０４に結合される。幾つかの実装では、図３～図７及び図２３～図２５を参照して上述したように、ベース支持体３２０２及び（ベース支持体３２０２に結合される）アーム支持体３２０４の近位部分を同様に実装することができる。

【0208】

幾つかの例において、ベース支持体３２０２は、例えば、図３～図７及び図２３～図２５の実装におけると同様に、機械的に接地される垂直部材であり、第１のベース部分３２１２と、第２のベース部分３２１４とを含む。第１のベース部分３２１２及び第２のベース部分３２１４は、線形に結合される（例えば、伸縮自在に結合される）ことができ、線形自由度３２１６で第１のベース部分３２１２に対する第２のベース部分３２１４の直線的な並進を可能にし、そのような並進は、図１５及び図１６を参照して上述したのと同様に、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。他の実装は、図３～図７及び図２３～図２５の実装について上述したのと同様に、異なる構成を使用することができる。

【0209】

アーム支持体３２０４は、ベース支持体３２０２に機械的に結合される水平部材である。アーム支持体３２０４は、第１のアーム部分３２１８と、第２のアーム部分３２２０とを含む。第１のアーム部分３２１８は、ベース支持体３２０２の第２のベース部分３２１４に強固に結合されるアーム支持体３２０４の近位部分であり、第２のアーム部分３２２０は、第２のアーム部分３２２０が線形自由度３２２２２で第１のアーム部分３２１８に対して直線的に並進可能であるように、第１のアーム部分３２１８に直線的に結合されるアーム支持体３２０４の遠位部分である。幾つかの例では、第２のアーム部分３２２０の近位部分３２２４が、第１のアーム部分３２１８に伸縮自在に結合され、例えば、第１のアーム部分３２１８又は第２のアーム部分３２２０は、図２～図７及び図２３～図２５の実装に記載するのと同様に、伸縮自在な部分である。図３２～図３６の例において、第２のアーム部分３２２０の近位部分３２２４は、線形自由度３２２２で第１のアーム部分３２１８の内部を通じて直線的に並進可能である。第１のアーム部分３２１８に対する第２のアーム部分３２２０の直線的な並進は、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができ、その幾つかの例は、図１７及び図１８に関して記載される。他の実装は、図３～図７及び図２３～図２５の実装について上述したのと同様に、異なる構成を使用することができる。幾つかの実装において、第１のアーム部分３２１８及び第２のベース部分３２１４は、上述と同様に、一体成形品、例えば、第１のベース部分３２１２と第２のアーム部分３２２０との間に結合される中間支持体又は中間部分であると考えられることができる。

【0210】

図示のような幾つかの例において、アーム支持体３２０４は、ベース支持体３２０２が延在する垂直軸に対して直交する水平軸に沿って延在する。幾つかの例において、ベース支持体３２０２及びアーム支持体３２０４は、互いに対して方向付けられて固定され、例えば、それらは並進するが、互いに対して向きを変えない。幾つかの例では、ベース支持体３２０２を通じて延びる垂直軸は、アーム支持体３２０４の第１のアーム部分３２１８を通って延びる。様々な実装において、アーム支持体３２０４は、様々な高さ及び／又は構成で、例えば、ユーザの頭又は身体より下方に、ユーザの頭の高さで、ユーザの頭より上方などで延在することができる。幾つかの実装は、図３～図５について記載されるのと同様に、ディスプレイシステム３２００の支持体及び部材における振動を減少させるように、ディスプレイシステム３２００内にコンポーネントを提供することができる。

【0211】

第２のアーム部分３２２０は、上述のように第１のアーム部分３２０２に結合される近位部分３２２４と、近位部分３２２４に強固に結合されるヨーク部分３２２６とを含む。記載の実装において、ヨーク部分３２２６は、近位部分３２２４及びベース部材３２０２によって画定される平面に対して直交する水平な平面内に延在する２つのヨーク部材３２２８ａ及び３２２８ｂ（集合的に３２２８と呼ぶ）を含む。ヨーク部材３２２８は、近位部分３２２４からほぼ対向する方向に延び、次に、近位部分３２２４に対して平行な方向に延びて、図示のように近似Ｕ形状を形成する。ヨーク部材は、他の実装において、様々な方向、例えば、近似Ｖ形状又は他の形状に延びることがある。

【0212】

ディスプレイユニット３２０６は、図３～図７及び／又は図２３～図２５の実装について記載するのと同様であることができるディスプレイデバイスを含む。ディスプレイユニット３２０６は、アーム支持体３２０４に回転的に結合される。これらの実装において、ディスプレイユニット３２０６は、ヨーク部材３２２８の遠位端の間に位置付けられ、ヨーク部材３２２８の遠位端に回転的に結合される。この例において、ディスプレイユニット３２０６は、ヨーク部材３２２８に回転可能に結合されるクロスビーム３２４(横梁)に結合される。例えば、クロスビーム３２４のシャフト３２２９ａがヨーク部材３２２８ａに回転可能に結合され、クロスビーム３２４のシャフト３２２９ｂがヨーク部材３２２８ｂに回転可能に結合される。クロスビーム３２４４が回転すると、ディスプレイユニット３２０６は、クロスビームと共に回転する。幾つかの実装において、シャフト３２２９は、例えば、ヨー運動がディスプレイユニット３２０６のために実装されていないならば、クロスビーム３２４を使用することなく、ディスプレイユニット３２０６に強固に結合されることができる。

【0213】

ディスプレイユニット３２０６は、アーム支持体３２０４及びベース支持体３２０２に対して、傾斜軸３２３０について回転（傾斜）自由度３２３２３２で回転可能である。傾斜軸３２３０は、ヨーク部材３２２８の遠位端を通じて延び、例えば、シャフト３２２９ａ及び３２２９ｂの長さに整列されることができ或いはシャフト３２２９ａ及び３２２９ｂの長さに対して平行であることができる。幾つかの実装において、傾斜軸３２３０は、ベース支持体３２０２及びアーム支持体３２０４によってディスプレイユニット３２０６に提供される線形自由度３２１６及び３２２２によって画定される平面に直交して方向付けられる。例えば、傾斜自由度３２３２は、自由度３２１６及び３２２２がベース支持体３２０２及びアーム支持体３２０４によって提供される垂直平面と同じである或いはそのような垂直平面に対して平行な垂直平面に提供されることができる。幾つかの実装において、ベース支持体３２０２及びアーム支持体３２０４は、支持リンク機構の遠位端で結合されるディスプレイユニット３２０６を有する支持リンク機構であると考えられることができる。

【0214】

ディスプレイユニット３２０６は、第２のベース部分３２１４及び第２のアーム部分３２２０の直線的な並進によって提供される２つの線形自由度で移動可能である。例えば、これらの線形自由度は、垂直平面内に設けられることができる。幾つかの例では、図示のように、垂直平面は、ベース支持体３２０２及びアーム支持体３２０４の近位部分３２２４によって画定されることができる。

【0215】

ディスプレイユニット３２０６は、第１のアーム部分３２１４及び第２のアーム部分３２２０によって並びにヨーク部分３２２６へのディスプレイユニット３２０６の回転結合によって可能にされる傾斜軸３２３０について回転によって提供される並進に基づいて、画定されたピボット軸について回転されることができる。画定されるピボット軸についての回転は、図３～図７及び図２３～図２５の実装について上述されたそのような回転と同様であることができ、図３９に関して更に記載される。

【0216】

傾斜軸３２３０についてのディスプレイユニット３２０６の回転運動は、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。幾つかの実装では、（点線で図３３、図３５及び図３６に示す）回転モータ３２３６は、ヨーク部材３２２８のうちの１つ（又は各ヨーク部材３２２８に結合されるそれぞれのモータ）に強固に結合されることができ、モータ３２３６の回転シャフトは、ディスプレイユニット３２０６に結合されるクロスビーム３２４（例えば、シャフト３２２９のうちの１つ）に結合されることができる。幾つかの実装では、駆動機構は、モータ３２３６、例えば、図２２に示すキャプスタン機構に類似するキャプスタン機構又はギア機構に結合されることができる。例示的なキャプスタン機構では、キャプスタンドラムが被駆動シャフト３２２９（又はクロスビーム３２４４の他の場所）に結合され、キャプスタンプーリがモータ３２３６のシャフトに結合され、１つ以上のケーブルがドラムとプーリとの間に結合される。モータ３２３６は、傾斜自由度３２３２２でクロスビーム３２４及びディスプレイユニット３２０６を傾斜軸３２３０について特定の向きに移動させるために、制御回路（例えば、制御システム）からの制御信号によって制御されることができる。

【0217】

幾つかの実装において、ディスプレイユニット３２０６は、アーム支持体３２０４及びベース支持体３２０２に対するヨー自由度３２４２におけるヨー軸３２４０についてのディスプレイユニット３６０６の回転を可能にするために、アーム支持体３２０４のヨーク部分３２２６に追加的に回転可能に結合される。例えば、これは、例えば、ビューポートを介して、ディスプレイユニット３２０６の画像を見るユーザの視点からの横方向又は左右の回転であることができる。図３２～図３６の例において、ディスプレイユニット３２０６は、トラック機構であることができる回転機構によってヨーク部分３２２６に結合される。幾つかの実装において、トラック機構は、ヨー軸移動を提供する実装で上述したトラック機構と同様であることができる。例えば、トラック機構は、クロスビーム３２４と、湾曲トラック３２４６を含む湾曲トラック軸受とを含むことができる。湾曲トラック３２４６は、溝部材３２４８と摺動可能に係合して、例えば、図３及び図２２について上述したのと同様に作動する。ディスプレイユニット３２０６は、湾曲トラック３２４６によって制約される湾曲経路に沿って移動して、ディスプレイユニット３２０６を回転自由度３２４２でヨー軸３２４０について回転させる。追加的な例が、図３７及び図３８に関して以下に記載される。例えば、湾曲トラック３２４６は、（ヨー自由度に関してヨーク部分３２２６に強固に結合される）クロスビーム３２４に強固に結合されることができ、溝部材３２４８は、ディスプレイユニット３２０６に強固に結合されることができる。代替的に、溝部材は、クロスビーム３２４に強固に結合されることができ、湾曲トラックは、ディスプレイユニット３２０６に強固に結合されることができる。幾つかの実装では、曲線トラック３２４６の長さに沿って追加の溝部材を設けることができる。

【0218】

幾つかの実装では、ヨー軸３２４０についてのディスプレイユニット３２０６の回転を提供するために、異なる機構を使用することができる。幾つかの例では、図３～５及び／又は図２３～図２５においてヨー移動実装について上述したのと同様に、湾曲トラック３２４６は、カムローラに係合する湾曲カム従動子であることができる。

【0219】

湾曲トラック３２４６及び／又は溝部材３２４８の曲率（例えば、半径）は、ディスプレイユニット３２０６のユーザ対向側面からの及び／又は傾斜軸３２３０からの特定の距離でヨー軸３２４０を提供するように選択される。例えば、ヨー軸３２４０は、以下に記載するように、ヨー軸がユーザの首にあるピボット軸に対応する画定された（仮想の又はソフトウェア画定された）首ピボット軸とほぼ交差するように、ディスプレイユニット３２０６から（水平自由度３２２２に対して平行な）水平距離で提供される。画定された首ピボット軸は、幾つかの実装において、ディスプレイユニット３２０６の運動のための基準として使用されることができる。記載の実装において、ヨー軸３２４０と（例えば、自由度３２１６に対して平行な）垂直軸との間の角度は、傾斜軸３２３０についてのディスプレイユニット３２０６の向きに基づいて変化する。

【0220】

ヨー軸３２４０についてのディスプレイユニット３２０６のヨー運動は、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。例えば、回転モータ（図示せず）が、ディスプレイユニット３２０６に強固に結合されることができ、駆動伝動装置、例えば、キャプスタン駆動機構、ギア機構などを使用して、ヨー軸３２４０についてのディスプレイユニット３２０６に対して力を出力する回転可能なシャフトを含むことができる。幾つかの例において、駆動伝動装置は、例えば、図２２を参照して上述したキャプスタン駆動機構と類似する、キャプスタン駆動機構を含むことができる。例えば、モータの被駆動シャフトをキャプスタンプーリに結合することができ、湾曲トラック３２４６に強固に結合さるキャプスタンドラムの両端にケーブルを取り付けることができ、その場合、ケーブルは、キャプスタンプーリの周囲に巻き付けられる（或いはキャプスタンプーリとキャプスタンドラムのそれぞれの端との間に２つのケーブルを取り付けることができる）。モータは、キャプスタンプーリを回転させて、ケーブルを移動させ（例えば、プーリ上でケーブルを巻き取り且つ巻き戻し）、それによって、キャプスタンドラム、湾曲トラック３２４６及びディスプレイユニット３２４０をヨー軸３２４０について回転させる。幾つかの実装において、モータ及び／又は駆動伝動装置は、ディスプレイユニット３２０６のハウジング内に少なくとも部分的に配置されることができる。例えば、キャプスタンドラムは、ユーザ位置とは反対のトラック部材３２４４又はクロスビーム３２４４の側面に位置付けられることができ、キャプスタンプーリは、ユーザ位置から離れてキャプスタンドラムに隣接して配置されることができる。幾つかの実装では、トラック部材３２４及びアーム支持体３２０４に対するヨー軸３２４０についてのディスプレイユニット３２０６の回転運動を提供するために、他の伝動装置及び／又はカップリングを使用することができる。

【0221】

よって、ディスプレイシステム３２００は、垂直線形自由度３２１６、水平線形自由度３２２２、回転傾斜自由度３２３２及び回転ヨー自由度３２４２を有するディスプレイユニット３２０６を提供する。例えば、垂直自由度及び水平自由度は、ディスプレイユニット３２０６が、可動域又は許容作業空間内（例えば、垂直平面内）の任意の位置に移動されることを可能にし、傾斜自由度は、ディスプレイユニットが、その可動域内（例えば、垂直平面又は平行垂直平面内）の特定の向きに移動されることを可能にする。

【0222】

これらの自由度のうちの少なくとも２つにおけるディスプレイシステム３２００のコンポーネントの協調された移動の組み合わせは、図３～図７及び／又は図２３～図２５の実施のために上述したのと同様に、ユーザのためのカスタム視認体験を容易にするために、ディスプレイユニット３２０６が、その作業空間内の様々な位置及び向きに位置付けられること、例えば、並進されること又はユーザの周囲で回転されることを可能にする。更に、ディスプレイユニット３２０６の自由度は、追加的に又は代替的に、ディスプレイシステム３２００が、上述したのと同様に、ディスプレイユニット２３０６の作業空間内の様々な場所のうちのいずれかに位置付けられることができる、画定されたピボット軸、例えば、眼ピボット軸、前頭ピボット軸、首ピボット軸についての物理的空間内のディスプレイユニット３２０６の運動を提供することを可能にする。

【0223】

ディスプレイユニット３２０６は、ユーザが、空間内のディスプレイユニット３２０６の向き及び／又は位置を操作するために、且つ／或いはディスプレイシステム３２００及び／又はより大きなシステム（例えば、遠隔操作システム）の他の機能又はコンポーネントを操作するために、入力を提供することを可能にする入力デバイスを含むことができる。入力デバイスの幾つかの例は、図３～図５に関して記載され（例えば、手入力デバイス３４０及び頭入力デバイス３４２）、そのような入力デバイスは、例えば、類似の方法においてディスプレイユニット３２０６の側面及び／又は前方対向面に提供される、ディスプレイシステム３２００において使用されることができる。そのような入力デバイスから提供されるユーザ入力は、図３～図１４を参照して上述したのと同様に、ディスプレイユニット３２０６及び／又は表示される画像及び他のコンポーネントの動きを制御するために使用されることができる。

【0224】

ディスプレイシステムの幾つかの実装において、ディスプレイユニット３２０６は、自由度３２４２でヨー軸３２４０について回転可能であり、他の自由度３２１６、３２２２及び／又は３２３２２のうちの１つ以上は、ディスプレイシステム３２００から省略される。例えば、ディスプレイユニット３２０６は、（例えば、アクチュエータによって及び／又はユーザによって手動で）ヨー軸３２４０について回転されることができ、ディスプレイユニット３２０６は、例えば、水平自由度３２２２及び／又は傾斜自由度３２３２２が省略される、ベース支持体３２０２又は他の機構を使用して、（例えば、アクチュエータによって及び／又はユーザによって手動で）より高く及び／又はより低く手動で位置付けられることができる。

【0225】

図３７及び図３８は、図３２に示すディスプレイシステム３２００の部分３２０１の斜視図である。ディスプレイユニット３２０６及びヨーク部分３２２６の底の斜視図が示されている。

【0226】

図３７において、ディスプレイユニット３２０６は、ヨー軸３２４０について中心化されたヨー向きで示されている。例えば、溝部材３２４８は、ディスプレイユニット３２０６に強固に結合され、トラック部材３２４６の湾曲した長さに沿って中心化される。

【0227】

図３８において、ディスプレイユニット３２０６は、図３７に対して変更されたヨー軸３２４０についての向きで示されている。例えば、溝部材３２４８は、トラック部材３２４６に沿って移動されて、ディスプレイ部材３２０６を左に、例えば、ディスプレイユニット３０６の底から見た場合には、ヨー軸３２４０について時計回りに移動させる。図示のように、トラック部材３２４６は、ディスプレイ部材３２０６が、ヨーク部材３２２８に衝撃を与えたり或いはヨーク部材３２２８と接触したりすることなく、ヨー軸３２４０について回転することができるように、ヨーク部材３２２８間の空間内の制限された回転範囲をディスプレイ部材３２０６に与える湾曲した長さを有することができる。例えば、この制限された回転ヨー範囲を可能にするために、湾曲トラックは、クロスビーム３２４４の中央部分を横切って延在する（或いはそのように提供される）ことができる。この例において、湾曲トラックは、中央部分の外側に延びないで、溝部材３２４８が中央部分の外側に移動するのを防止する。幾つかの実装では、ストップをトラック部材３２４６の端に位置付けて、トラック部材３２４６の長さを越える溝部材３２４８の移動を防止することができる。

【0228】

図３９は、幾つかの実装に従った、ユーザによって使用されるディスプレイユニットの回転を示す、図３２のディスプレイシステム３２００の部分３２０１の側面図である。図３９において、ディスプレイユニット３２０６は、画定された首ピボット軸３９０２についてのピボット向きにあり、画定されたピボット軸は、ほぼ水平であることができ、例えば、自由度３２１６及び３２２２２によって画定される平面に対して直角な、傾斜軸３２３０に対してほぼ平行に延びることができる。例示的な実装において、首ピボット軸３２３０は、ディスプレイユニット３２０６のユーザ３９５０の頭又は首と交差するように位置付けられることができる。例えば、首ピボット軸３９０２は、上述の首ピボット軸８４０又は２６４０と同様であることができる。傾斜軸３２３０についてのベース支持体３２０２、アーム支持体３２０４及びディスプレイユニット３２０６の移動は、首ピボット軸３９０２についての回転を提供することができる。首ピボット軸３９２０は、所望の首ピボット軸についての回転を生成する際のこれらのコンポーネントの移動によって画定されるような、図３９に示す位置とは異なる位置にあることができる。これら及び他の構成（例えば、画定された首ピボット軸を決定するためにユーザを案内すること）は、図８に関して記載されたものと同様であることができる。

【0229】

首ピボット軸３９０２に対するディスプレイユニット３２０６の視認向きは、線３９０４によって示されており、線３９０４は、図３９において、首ピボット軸３９０２を通じて延び、この例では、水平な線３９０５を基準にして下向き角度を提供するように方向付けられている。首ピボット軸３９０２についてのディスプレイユニット３２０６の回転は、ベース支持体２６０２の可動部分３２１４、アーム支持体２６０４の部分３２２０及びディスプレイユニット３２０６を適切な位置及び／又は向きに移動させることによって達成される。この移動は、原則として、図６～図１１及び／又は図２６～図２９に関して記載した移動と同様であることができるが、１つ以上の移動の方向及び大きさは、傾斜軸３２３０の異なる位置の故に異なることがある。

【0230】

図３９は、画定された眼ピボット軸３９０６も示している。画定された眼ピボット軸３９０６は、ディスプレイユニット３２０６が、図示のように、ヨー軸３２４０について中心化されたヨー回転向きに方向付けられるときに、ビューポートを通じて或いはディスプレイユニット３２０６のディスプレイデバイスで見るユーザ３９５０のような典型的なユーザの眼と交差する、眼軸に対応する（例えば、一致する）場所に位置付けられる。幾つかの実装において、画定された眼ピボット軸は、例えば、自由度３２１６及び３２２２によって画定される平面に対して直角な、傾斜軸３２３０に対してほぼ平行に延びる。この画定された眼ピボット軸は、ディスプレイユニット３２０６が、図示のように、ヨー軸３２４０について中心化されるヨー回転向きに方向付けられるときに、ディスプレイユニット３２０６の視認方向に対して直交することができる。眼ピボット軸３９０６に対するディスプレイユニット３２０６の視認方向は、視線３９０８によって示されており、視線３９０８は、図２６において、眼ピボット軸３９０６を通って延び、この例では、水平な視線３９０７を基準として下向き視認角を提供するように方向付けられている。画定された眼ピボット軸３９０６についてのディスプレイユニット３９０６の移動は、原則として、図１２～図１４及び／又は図３０～図３１に関して記載した移動と同様であることができるが、１つ以上の移動の方向及び大きさは、傾斜軸３２３０の異なる位置の故に異なることがある。ディスプレイユニット３２０６の他の画定されたピボット軸、例えば、前頭ピボット軸又は手入力デバイス軸についてのディスプレイシステム３２００の動きは、首ピボット軸及び／又は眼ピボット軸についての移動と同様に実装されることができる。

【0231】

ディスプレイシステム３２００は、他の実装、例えば、図３～図７のディスプレイシステム３００、６００及び７００のような実装におけるよりも、幾つかの画定されたピボット軸により近く、傾斜軸３２３０を位置付けることができる。特定の画定されたピボット軸のための幾つかの実装において、ディスプレイシステム３２００は、ディスプレイシステム３００、６００及び／又は７００から要求されるよりも全体的に少ない、アーム支持体３２０４及びベース支持体３２０２の移動部分に要求される動き及び／又は移動範囲を伴うディスプレイユニット３２０６の移動を提供することができる。これらの例において、これは、ディスプレイユニット３２０６の傾斜軸３２３０が、首ピボット軸３２４０及び眼ピボット軸３２６０により近く、画定された首ピボット軸又は画定された眼ピボット軸により近い傾斜軸３２２６についてのディスプレイユニット３２０６の回転を可能にするからである。

【0232】

図４０は、本明細書に記載される１つ以上の実装において使用されることができる制御入力デバイスの例示的なデバイス部分４０００の斜視図である。幾つかの実装において、デバイス部分４０００は、本明細書に記載する様々なディスプレイシステム実装のうちのいずれかと共に使用されることができる、図１及び図２を参照して上述したような制御入力デバイス２１０又は２１２の一部分として使用することができる。幾つかの実装において、デバイス部分４０００は、１つ以上のジンバル機構を含む。

【0233】

幾つかの実装において、デバイス部分４０００は、機械的に接地されたコントローラであることができる。例えば、デバイス部分４０００は、接地された或いは地面に接続された物体に結合される機械的リンク機構に結合されて、デバイス部分４０００の使用のための安定したプラットフォームを提供することができる。

【0234】

デバイス部分４０００は、ユーザが制御入力デバイスを操作するために触れるハンドル４００２を含む。この例において、ハンドル４００２は、２つのグリップを含み、各グリップは、指ループ４００４と、グリップ部材４００６（グリップ部材４００６ａ及び４００６ｂ）とを含む。２つのグリップ部材４００６は、ハンドル４００２の中央部分４００３の両側に位置付けられ、グリップ部材４００６は、ユーザの指によって把持、保持、又は他の方法で接触されることができる。各指ループ４００４は、それぞれのグリップ部材４００６に取り付けられ、ユーザの指を関連するグリップ部材４００６に固定するために使用されることができる。指接点４００５は、ユーザの指と接触する表面を提供するために、グリップ部材４００６ａ及び４００６ｂの非接続端に接続又は形成されることができる。

【0235】

各グリップ部材４００６及び指ループ４００４は、関連する自由度４００８（例えば、４００８ａ及び４００８ｂ）で移動されることができる。幾つかの例において、グリップ部材４００６ａ及び４００６ｂは、それぞれ、それぞれの回転カップリングでハンドル４００２の中央部分４００３に結合されて、中央部分４００３に対するグリップ軸４００７ａ及び４００７ｂのそれぞれについてのグリップ部材の回転移動を可能にする。各グリップ部材４００６ａ及び４００６ｂは、例えば、ユーザがグリップ部材に触れることによって、グリップ軸４００７ａについての関連する自由度４００８ａ及びグリップ軸４００７ｂについての自由度４００８ｂのそれぞれで移動させられることができる。例えば、幾つかの実装において、グリップ部材４００６ａ及び４００６ｂは、ピンチャ型の移動において（例えば、互いに向かって或いは離れて）で同時に移動させられることができる。様々な実装では、単一のグリップ部材４００６及び指ループ４００４を提供することができるか、或いはグリップ部材４００６の１つのみを自由度４００８で移動させることができる一方で、他のグリップ部材４００６をハンドル４００２に対して固定することができる。例えば、それらの自由度におけるグリップ部材４００６ａ及び４００６ｂの向きは、エンドエフェクタ又は他のマニピュレータ器具の対応する回転向きを制御することができる。１つ以上のグリップセンサ（図示せず）をハンドル４００２及び／又はデバイス部分４０００の他のコンポーネントに結合することができ、それらの自由度４００８におけるグリップ部材４００６ａ及び４００６ｂの向きを検出することができる。幾つかの実装は、自由度４００８でグリップ部材４００６に能動的な力を出力する１つ以上の能動アクチュエータ（例えば、モータ、ボイスコイルなど）又はグリップの方向において抵抗を提供するグリップ部材４００６とハンドル４００２の中央部分４００３との間の受動アクチュエータ（例えば、ブレーキ）又はバネを提供することができる。

【0236】

ハンドル４００２は、ハンドル４００２の第１の端と第２の端との間に画定されるロール軸４０１２についての回転自由度４０１０も備える。ロール軸４０１２は、この例において、ハンドル４００２の中央部分４００３のほぼ中心に沿って延びる長手軸である。例えば、ユーザは、マニピュレータシステムコンポーネントの制御を提供するために、ハウジング４００９のようなコントローラ部分３００のベースに対して、軸４０１２について、グリップ部材４００６及び中央部分４００３を単一ユニットとして回転させることができる。１つ以上の制御入力センサ（図示せず）をハンドル４００２に結合して、回転自由度４０１０におけるハンドル４００２の向きを検出することができる。幾つかの実装は、回転自由度４０１０でハンドル４００２に対して力を出力するために１つ以上のアクチュエータを提供することができる。

【0237】

提供されるセンサは、感知される位置、向き及び／又は動きを記述する信号を、１つ以上の制御回路、例えば、遠隔操作システム１００の制御システムに送信することができる。幾つかのモード又は実装において、制御回路は、マニピュレータシステム、例えば、マニピュレータシステム１０４に制御信号を提供して、例えば、マニピュレータシステム１０４のエンドエフェクタ又は他の器具の様々な自由度のうちのいずれかを制御することができる。

【0238】

様々な実装において、ハンドル４００２は、追加の自由度を備えることができる。例えば、コントローラヨー軸４０２２についての回転自由度４０２０が、肘形状リンク４０２４とリンク４０２６との間の回転カップリングでハンドル４００２に提供されることができ、その場合、肘形状リンク４０２４は、（例えば、ハウジング４００９で）ハンドル４００２に結合される。この例において、コントローラヨー軸４０２２は、ロール軸４０２２と交差し、ロール軸４０１２に対して直交する。追加の自由度を同様に提供することができる。例えば、リンク４０２６は、肘形状であることができ、回転カップリングが、リンク４０２６の他端と別のリンク（図示せず）との間に設けられることができる。軸４０３０についての回転自由度４０２８は、回転カップリングでハンドル４００２に提供されることができる。幾つかの例において、デバイス部分４０００は、複数の自由度、例えば、３つの回転自由度と３つの並進自由度とを含む６自由度で、ユーザ制御システム１０２の作業空間内でハンドル４００２の移動を可能にすることができる。１つ以上の追加の自由度が、制御入力センサによって感知されることができ、且つ／或いは、自由度４００８及び４０１０について上述したのと同様に、アクチュエータ（モータなど）によって作動させられることができる。幾つかの実装において、ハンドル４００２の各々の追加的な自由度は、マニピュレータシステム１０４のエンドエフェクタの異なるマニピュレータ自由度（又は他の動き）を制御することができる。

【0239】

様々な実装において、様々な運動連鎖、リンク機構、ジンバル機構、フレキシブル構造、又はこれらのうちの２つ以上のものの組み合わせをデバイス部分４０００と共に使用して、１つ以上の自由度をコントローラ部分に提供することができる。デバイス部分４０００と共に使用可能なリンク機構及び／又はジンバル機構の更なる例が、本明細書に参照として援用する米国特許第６，７１４，８３９Ｂ２号に記載されている。

【0240】

記載の例において、ハンドル４００２は、例えば、中央部分４００３に結合される、１つ以上の制御スイッチ４０５０を含む。幾つかの実装において、制御スイッチ４０５０は、特定のコマンド信号を提供するために、例えば、ユーザ制御システム及び／又は制御入力デバイス（例えば、本明細書に記載するような制御モードもしくは非制御モード、又はディスプレイシステム３００、６００、７００、２３００又は３２００に関連するモード）の機能、オプション又はモードを選択するために、様々な位置に移動されることができる。幾つかの実装において、制御スイッチ４０５０は、ボタン、回転ダイヤル、スイッチ、又は他のタイプの入力制御装置として実装されることができる。制御スイッチ４０５０は、光学センサ、機械的スイッチ、磁気センサ、又は他のタイプのセンサを使用して、スイッチの位置を検出することができる。幾つかの実装において、ハンドル４００２は、ハンドルを操作するユーザの手及び／又はハンドルの近くに位置付けられる手の存在を検出することができる１つ以上の存在センサを含む存在感知システムも含む。

【0241】

本明細書に記載する１つ以上のディスプレイシステムの構成を他のタイプの制御入力デバイスと共に使用することができる。例えば、自由に空間内を移動し、地面から切り離されている、接地されていない制御入力デバイスを使用することができる。幾つかの例では、ハンドル４００２及び／又はグリップ部材４００６に類似する１つ以上のハンドルを、接地されていない、ユーザの手に着用された機構に結合することができ、ユーザがグリップを空間内で自由に動かすことを可能にする。幾つかの例において、互いに対する及び／又はハンドルの他の部分に対するグリップの位置又は向きは、グリップを一緒に結合し且つ互いに対するそれらの動きを制限する機構によって感知されることができる。幾つかの実装は、ユーザの手によって着用されるグローブ構造を使用することができる。更に、幾つかの実装は、例えば、ビデオカメラ又は３Ｄ空間内の動きを検出することができる他のセンサを使用して、空間内のグリップを感知するために、他の構造に結合されたセンサを使用することができる。非接地制御入力デバイスの幾つかの例が、（２０１０年９月２１日に出願された）米国特許第８，５４３，２４０Ｂ２号及び（２００８年１１月１３日に出願された）米国特許第８，５２１，３３１Ｂ２号に記載されており、両方ともそれらの全体が参照により本明細書に援用される。

【0242】

図４１は、幾つかの実装に従った、本明細書に記載する１つ以上の構成を含むディスプレイシステムを作動させる例示的な方法４１００を示すフロー図である。幾つかの実装において、方法は、例えば、ディスプレイシステムが、遠隔操作マニピュレータシステムと共に、表示されるビューを提供する、例示的な遠隔操作システム又は他の制御システムと共に使用されることができる。例えば、幾つかの実装では、図３のディスプレイシステム３００、図６のディスプレイシステム６００、図７のディスプレイシステム７００、図２３のディスプレイシステム２３００又は図３２のディスプレイシステム３２００を使用することができる。

【0243】

幾つかの例において、ディスプレイシステムは、図１のシステム１００のような遠隔操作システムで使用されることができ、その場合、ディスプレイシステムは、１つ以上の制御入力デバイスも自身の手で操作するユーザによって操作される。マスタ－スレーブ制御関係は、制御入力デバイスとマニピュレータシステムとの間で確立されることができ、そこでは、制御入力デバイスの位置及び向きが検知され、例えば、コントローラ、マニピュレータシステム及び／又は別個の制御システムにおいて、制御システムに送信される。幾つかの例において、空間内の制御入力デバイスの動きは、制御される器具又はマニピュレータシステムの他のコンポーネントの対応する動きを引き起こし、且つ／或いはマニピュレータシステムの他の機能を制御することができる。そのような遠隔操作システムコンポーネントに関連するユーザ入力及び制御は、方法４１００において記載されない。

【0244】

方法４１００の他の実装は、１つ以上の記述の構成を有するディスプレイシステムを、他のタイプのシステム、例えば、非遠隔操作システム、処理デバイスに実装され且つ物理的マニピュレータシステム及び／又は物理的マニピュレータシステムと相互作用する物理的対象を持たない仮想環境などと共に使用することができる。幾つかの実装において、方法は、制御回路コンポーネント、例えば、制御システムによって部分的に又は完全に実行されることができる。幾つかの例において、制御回路は、１つ以上のプロセッサ、例えば、マイクロプロセッサ又は他の制御回路を含むことができ、その幾つかの例が、図４２を参照して以下に記載される。

【0245】

ブロック４１０２では、ピボット軸が、ディスプレイシステムのディスプレイユニットについて画定され、その場合、ディスプレイユニットは、ユーザによる視認のための画像の表示を提供する（例えば、本明細書に記載するようなディスプレイユニット３０６、６０６又は７０６）。ディスプレイユニットは、画定されたピボット軸について回転されることができる。幾つかの場合又は実装において、画定されたピボット軸は、ディスプレイシステムの機械的コンポーネントの回転軸、例えば、本明細書に記載するような傾斜部材の傾斜軸３２６、６２６又は７２６と一致する。幾つかの実装において、画定されたピボット軸は、ディスプレイシステムのコンポーネントの協調動作の組み合わせに基づく仮想軸であり、ディスプレイシステムの特定の機械的コンポーネントの回転軸に対応しない。例えば、仮想ピボット軸は、様々な実装において本明細書に記載するように、眼ピボット軸、首ピボット軸、前頭ピボット軸又は手入力デバイスピボット軸のような、水平軸であることができる。

【0246】

幾つかの実装において、画定されたピボット軸は、ディスプレイシステムの異なる動作モード又は異なる時間において異なる場所に変更されることができる。幾つかの実装において、画定されたピボット軸は、ユーザによって調整可能である。例えば、画定されたピボット軸は、例えば、ディスプレイシステムと通信するキーボード、タッチスクリーンなどのようなユーザ入力デバイスを介して、ディスプレイシステムによって受信されるユーザ入力に基づいて決定されることができる。幾つかの例において、ユーザ入力は、複数の所定の設定のうちの１つを指定することができ、その場合、各設定は、ディスプレイシステムのディスプレイユニットの作業空間内の異なる特定の場所でピボット軸を画定する。例えば、１つの設定が特定の眼ピボット軸を画定することができ、異なる設定が特定の首ピボット軸を画定することができる。更なる例において、ユーザ入力は、ピボット軸の場所を調整することができる。例えば、ユーザ入力は、画定されたピボット軸を三次元のいずれかに沿って空間内で特定の距離だけ移動させるように指定することができる。例えば、ユーザ入力は、画定された眼ピボット軸が垂直方向に５ミリメートル移動され且つ（例えば、ベース支持体３０２のようなベース支持体に向かって）水平方向に２ミリメートル移動されるように指示することができる。

【0247】

ブロック４１０４において、ディスプレイユニットは、動作のためにアクティブ化(起動)される。幾つかの実装では、例えば、ディスプレイユニットのディスプレイを見ている、ディスプレイシステムを操作する位置にあるユーザの存在を感知するために、１つ以上の存在センサがディスプレイシステムに設けられる。ディスプレイユニットは、ユーザの存在を検出することに応答して、ユーザ入力によってアクティブ化されることができ、移動可能であることが有効にされることができる。例えば、存在センサは、ユーザの頭がディスプレイユニットの視認ポート又は窓に近く位置付けられているかどうかを検出することができる。幾つかの実装において、ディスプレイユニットは、図１のシステム１００のような遠隔操作システムで使用されることができ、その場合、ディスプレイユニットは、自分の手で１つ以上の制御入力デバイスも操作するユーザによって操作される。

【0248】

ブロック４１０６において、ディスプレイユニットに、例えば、垂直平面内で、垂直に回転及び／又は並進するように指示する、ユーザ入力が受信される。例えば、ユーザ入力は、図３を参照して記載したような、ディスプレイユニット上のユーザ入力デバイス３４０及び／又は３４２のような、ディスプレイシステムのユーザ入力デバイスによって受信されることができる。ユーザ入力は、ディスプレイシステムの他のコンポーネントに設けられるユーザ入力デバイス、及び／又はディスプレイシステムを含むか或いはディスプレイシステムと共に使用されるシステムのユーザ入力デバイス、例えば、遠隔操作システムの制御入力デバイスから受信されることもできる。一例において、ユーザ入力は、垂直ベース支持体、水平アーム支持体及び傾斜機構のアクチュエータに、画定されたピボット軸についてディスプレイユニットを動かす力を出力するように指示することができる。幾つかの実装において、ユーザ入力は、その作業空間内でディスプレイユニットを並進させるように指示することができる。幾つかの実装において、ユーザ入力は、ディスプレイユニットの指示される動きに従って、ディスプレイユニットによって表示される画像の操作、及び／又は他の制御されるデバイスの操作を指示する。

【0249】

ブロック４１０８では、ディスプレイシステムの１つ以上のアクチュエータが、垂直面内でディスプレイユニットを回転及び／又は並進させるためにユーザ入力に基づいて制御される。例えば、アクチュエータは、本明細書に記載するように、ブロック４１０２で決定されるピボット軸について垂直平面内でディスプレイユニットを回転させるように制御されることができる。本明細書に記載する幾つかの実装では、ベース支持体、アーム支持体及び／又は傾斜部材が、ディスプレイユニットをユーザ入力に従って画定されたピボット軸について回転させるよう、アクチュエータによって同時に並びに協調された組み合わせにおいて動かされる。幾つかの実装にいて、ディスプレイユニットは、ユーザ入力に基づいて垂直面内で直線的に並進させられることができ、例えば、ベース支持体及び／又はアーム支持体によって提供される直線的な動きに基づいて移動させられることができる。

【0250】

幾つかの実装では、ディスプレイユニットによって表示される画像又はユーザインターフェース制御装置が、ユーザ入力に従って及び／又は垂直面内のディスプレイユニットの移動に従って操作される。例えば、表示される画像のビューは、ユーザ入力及び／又はディスプレイユニットの動きに従って移動させられることができる。追加の例において、ユーザ入力は、表示されるユーザインターフェース、仮想環境又はディスプレイシステムによって提供される他のディスプレイのビュー又は要素を操作することができる。例えば、カーソル、スクロールバー、リスト、メニュー、グラフィカル要素の選択などのようなユーザインターフェース構成が、ユーザ入力及び／又はディスプレイユニットの移動に従って移動又は操作されることができる。幾つかの例において、そのようなユーザインターフェースは、作業部位の表示されたキャプチャされたビューの上に重ね合わされることができ、或いはキャプチャされたビューの側面に表示されることができる。

【0251】

幾つかの実装において、マニピュレータシステムの機能は、ユーザ入力及び／又はディスプレイユニット動作に従って操作されることができる。例えば、マニピュレータシステムのアクチュエータを制御して、ディスプレイユニットの動きと相関してマニピュレータシステムの画像キャプチャデバイス（例えば、カメラ）を移動させる、例えば、その作業空間内のディスプレイユニットの対応する動きに基づいてカメラを並進及び／又は回転させることができる。画像データは、画像キャプチャデバイスから受信され、ディスプレイユニットのディスプレイデバイスによって表示される。アクチュエータは、制御システムからマニピュレータシステムに送信されるコマンドに基づいて制御され、その場合、コマンドは、ユーザ入力及び／又はディスプレイユニットの移動に基づく。ユーザがマニピュレータ画像キャプチャデバイスを制御して、ディスプレイユニットに表示されるスレーブ作業場所の視野を変えることができる一方で、ユーザが異なるマニピュレータ器具も制御して、ディスプレイユニットを介して見られるようなマニピュレータ作業場所での遠隔操作処置においてタスクを実行するように、（例えば、制御入力デバイス２１０及び／又は２１２を介して）異なるマニピュレータ器具を制御して、ディスプレイユニットを介して制御されるマニピュレータ画像キャプチャデバイスの移動と少なくとも部分的に同時に移動させることができる。

【0252】

ユーザ入力によって操作可能な遠隔操作システム機能の追加的な例は、幾つかの例において、第１のマニピュレータアーム又は器具が第２のマニピュレータアーム又は器具に交換させる制御を引き起こすスワップ機能、マニピュレータ器具のためのエネルギ出力、手術部位での洗浄又は吸引、制御モード及び非制御モードを選択するためのクラッチ機能などを含むことができる。

【0253】

ブロック４１１０では、ディスプレイユニットにヨー軸（横方向回転軸）についての回転、例えば、ユーザの視点からの垂直軸についてのディスプレイユニットの左又は右（横方向）回転を指示する、ヨーユーザ入力が受信される。例えば、ヨーユーザ入力は、ブロック４１０６について記載するような類似のユーザ入力デバイスから、及び／又はブロック４１０６のユーザ入力を提供するユーザ入力デバイスとは異なるディスプレイシステム又は他のシステムの他のユーザ入力デバイスから受信されることができる。様々な実装において、ユーザ入力は、ヨー軸について左に回転するように、ディスプレイユニットを左に直線的に並進させるように、ディスプレイユニットによって表示される画像又はユーザインターフェース要素を操作するように、及び／又は他の制御されるデバイスを操作するように、ディスプレイユニットに指示することができる。

【0254】

ブロック４１１２では、ディスプレイシステムの１つ以上のアクチュエータが、ヨー軸についてディスプレイユニットを回転させるためのユーザ入力に基づいて制御される。例えば、図３～図５、図２２、図２３～図２５又は図３２～図３８に関して記載したトラック機構のアクチュエータを使用して、ディスプレイユニットをヨー軸３３０、６３０、７３０、２３３２又は３２４０について回転させることができる。一例では、（例えば、上から見るときの反時計回りの）左への回転を指示するユーザ入力は、アクチュエータに、ディスプレイユニットをヨー軸について反時計回りに動かす力を出力させる。幾つかの実装において、ディスプレイユニット及び／又は他の制御デバイスによって表示される画像又はユーザインターフェースは、ブロック４１０８について記載したのと同様に、ディスプレイユニットの移動に従って操作される。

【0255】

ブロック４１０６及び４１１０は、例えば、ディスプレイユニットを垂直平面内で回転／並進させるユーザ入力を、ディスプレイユニットをヨー軸について回転させるユーザ入力と同時に受信することができるように、任意の順序で及び／又は部分的に又は完全に同時に実行されることができる。同様に、ブロック４１０８及び４１１２は、受信するユーザ入力に基づいて任意の順序で及び／又は部分的に又は完全に同時に実行されることができる。

【0256】

ブロック４１０６～４１１２は、垂直に及び／又はヨー軸について移動するようにディスプレイユニットに指示する追加的に受信するユーザ入力に基づいて繰り返される。ディスプレイユニット動作を非アクティブ化し、ブロック４１０２を実行させて画定されたピボット軸の場所を変更し、或いはディスプレイシステムの他の機能を実行する、他のユーザ入力が受信されてよい。

【0257】

本明細書に開示する方法に記載するブロック及び操作は、適切な場合には、図示とは異なる順序で及び／又は他のブロック及び操作と（部分的に又は完全に）同時に実行されることができる。幾つかのブロック及び操作は、データの１つの部分について実行されることができ、例えば、データの別の部分について再び後に実行されることができる。記載するブロック及び操作の必ずしも全てが、様々な実装で実行される必要はない。幾つかの実装において、ブロック及び操作は、方法において複数回、異なる順序で、及び／又は異なる時に実行されることができる。

【0258】

ディスプレイユニット上の触覚フィードバック及び／又はディスプレイデバイス上の視覚出力のような出力が、ディスプレイシステム及び／又は遠隔操作システムのユーザ操作を支援するためにシステムによって提供されることができる。例えば、ユーザインターフェースが、警告及び／又はエラーフィードバックをディスプレイデバイスに表示してよく、且つ／或いは音声出力を提供して、そのような警告又はエラーを示すことができる。そのようなフィードバックは、例えば、ディスプレイユニットの移動範囲に達すること、表示されている特定の物体がディスプレイユニットの視界から外れそうになるようにディスプレイユニットを移動させることなどを示すことができる。

【0259】

様々な実装では、手術システムに加えて、他のタイプのコンピュータ支援遠隔操作システムを、本明細書に記載する１つ以上のディスプレイシステムの構成と共に使用することができる。そのような遠隔操作システムは、様々な形態の制御されるマニピュレータシステムを含むことができる。例えば、潜水艇、危険物又はデバイス廃棄ユニット、産業用途、（例えば、天候、温度、圧力、放射線又は他の条件に起因する）悪環境及び作業場所での用途、汎用ロボット用途、及び／又は遠隔制御用途（例えば、遠隔制御車両又は一人称ビューを有するデバイス）は、感覚伝送（伝えられる視覚的、聴覚的などの体験）、ワークピースの操作又は他の物理的タスクなどのためのマニピュレータ又はスレーブシステムを含む遠隔操作システムを使用することができ、機械的に接地された及び／又は接地されていない制御入力デバイスを使用して、マニピュレータシステム及びディスプレイシステムを遠隔に制御して、ディスプレマニピュレータシステムの作業場所を見ることがある。いずれかのそのような遠隔操作システムが、本明細書に記載する様々なディスプレイシステム構成のいずれかと共に使用されることができる。

【0260】

図４２は、本明細書に記載する１つ以上の実装と共に使用されることができる、例示的マスタ－スレーブシステム４２００のブロック図である。

【0261】

図示のように、システム４２００は、マスタデバイス４２０２と通信するスレーブデバイス４２０４を制御するために、ユーザが操作することがあるマスタデバイス４２０２を含む。幾つかの実装において、マスタデバイス１００２は、本明細書に記載するユーザ制御システムのいずれかであることができ、或いはそれに含まれることができる。幾つかの実施において、スレーブデバイス１００４は、図１のマニピュレータシステム１０４であることができ、或いはそれに含まれることができる。より一般的には、マスタデバイスブロック４２０２は、ユーザによって物理的に操作されることができる１つ以上の制御入力デバイスを提供する様々なタイプのデバイスのうちの１つ以上を含むことができる。例えば、マスタデバイス４２０２は、１つ以上の手コントローラ（例えば、マスタ制御デバイス２１０及び２１２又は本明細書に記載する他の手コントローラ）のような１つ以上のマスタ制御デバイスのシステムを含むことができる。

【0262】

マスタデバイス４２０２は、それらの自由度における１つ以上のコントローラの位置及び向き、状態、及び／又は変化を示す制御信号Ｃ１～Ｃｘを生成する。例えば、マスタデバイス４２０２は、物理的ボタン、手コントローラ状態、及びユーザによる手コントローラの他の操作のような、入力制御装置の選択を示す制御信号を生成することができる。制御信号は、有線接続を介して或いは無線で送信されることができる。

【0263】

制御システム４２１０は、マスタデバイス４２０２内に、スレーブデバイス４２０４内に、或いは別個の装置、例えば、マスタデバイス４２０２とスレーブデバイス４２０４との間で通信的に接続される中間デバイス内に含まれることができる。幾つかの実装において、制御システム４２１０は、これらのデバイスの複数のデバイス間に分散されることができる。

【0264】

例示的なシステムにおいて、制御システム４２１０は、制御信号Ｃ１～Ｃｘを受信し、作動信号Ａｌ～Ａｙを生成し、作動信号は、スレーブデバイス４２０４に送信される。制御システム４２１０は、様々なスレーブコンポーネント（例えば、マニピュレータアーム要素）の位置及び向き、状態、及び／又は変化を示すスレーブデバイス４２０４からのセンサ信号Ｂ１～Ｂｙも受信することができる。これらの作動信号及び／又はセンサ信号は、有線接続を介して或いは無線で送信されることができる。

【0265】

制御システム４２１０は、プロセッサ４２１２、メモリ４２１４、並びにマスタデバイス４２０２及びスレーブデバイス４２０４とそれぞれ通信するためのマスタインターフェース及びスレーブインターフェースのようなインタフェースハードウェア４２１６及び４２１８のような、コンポーネントを含むことができる。プロセッサ４２１２は、本明細書に記載するようにディスプレイユニットからのセンサデータを処理すること並びにモード及びコンポーネントに命令することに関連する動作を含む、システム４２００のプログラムコード及び制御演算を実行することができる。プロセッサ４２１２は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及び他の電子回路を含む、様々なタイプの１つ以上のプロセッサを含むことができる。メモリ４２１４は、プロセッサによる実行のための命令を格納することができ、任意の適切なプロセッサ読取可能記憶媒体、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的に消去可能な読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリなどを含むことができる。例えば、プロセッサ４２１２及びメモリ４２１４は、マスタ制御デバイス４２０２とスレーブデバイス４２０４との間の制御を可能にする。

【0266】

制御システム４２１０は、本明細書に開示する態様に従って、方法の適切な動作及びブロックを実装するために、プログラムされた命令（例えば、命令を格納するコンピュータ読取可能な媒体）を含む。システムは、複数のデータ処理回路を含んでよく、処理の一部分は、任意に、スレーブデバイス４２０４上又は隣接して実行され、処理の別の部分は、マスタデバイス４２０２で実行されるなどである。広範な集中型又は分散型データ処理アーキテクチャのうちのいずれかが使用されてよい。同様に、プログラムされた命令は、多数の別個のプログラム又はサブルーチンとして実装されてよく、或いは、それらは、本明細書に記載する遠隔操作システムの多数の他の態様に統合されてよい。１つの実装において、制御システム４２１０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩｒＤＡ、ＨｏｍｅＲＦ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ及びＷｉｒｅｌｅｓｓ Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙのような、１つ以上の無線通信プロトコルをサポートする。

【0267】

様々な他の入出力デバイスも、制御システム４２１０に結合されることができる。出力デバイスは、ディスプレイシステム４２２０のコンポーネントとして１つ以上のディスプレイユニットを含むことができる。例えば、ディスプレイシステム４２２０は、本明細書に記載するディスプレイシステム３００、６００、７００又は２３００と同様であることができる。ディスプレイシステム４２２０は、制御システム４２１０からコマンド及び／又はデータ信号Ｅを受信して、画像、例えば、複数のピクセルから構成されるデジタル画像の表示を引き起こす。画像は、制御システム又は他のシステム（例えば、遠隔操作システムのためのコマンドの選択を可能にするユーザインターフェース内のグラフィカル要素及びアニメーション）によって生成されることができ、且つ／或いは、画像は、スレーブデバイス又は他の場所に位置付けられる画像キャプチャデバイスによってキャプチャされるデータから導出されることができる。ディスプレイシステム４２２０は、本明細書に記載するような空間内のディスプレイユニット（例えば、ディスプレイユニット３０６、６０６、７０６又は２３０６）の移動を含む、ディスプレイシステムの機能を制御するために、コマンド信号Ｆ１～Ｆｘも制御システム４２１０に提供する。例えば、コマンド信号Ｆ１～Ｆｘは、本明細書に記載するようにユーザ入力デバイスのユーザ操作に基づいて及び／又は検出されるイベント又は他の状態に基づいて生成されることができる。幾つかの実装において、ディスプレイシステム４２２０は、遠隔操作システム又は制御システム４２１０の状態に基づいて、コマンドＦ１～Ｆｘを有効にする或いは無効にする（例えば、追従する或いは無視する）ことができる。

【0268】

この例において、制御システム４２１０は、モード制御モジュール４２４０と、制御モードモジュール４２５０と、非制御モードモジュール４２６０とを含む。他の実装は、他のモジュール、例えば、力出力制御モジュール、センサ入力信号モジュールなどを使用することができる。本明細書で使用するとき、「モジュール」という用語は、ハードウェア（例えば、集積回路又は他の回路構成のようなプロセッサ）とソフトウェア（例えば、機械又はプロセッサ実行可能な命令、コマンド、又はファームウェア、プログラミングもしくはオブジェクトコードのようなコード）との組み合わせを指すことができる。ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせは、ハードウェアのみ（すなわち、ソフトウェア要素を持たないハードウェア要素）、ハードウェアによってホストされたソフトウェア（例えば、メモリに格納され、プロセッサによって実行され或いはプロセッサで解釈されるソフトウェア）、又はハードウェアとハードウェアでホストされたソフトウェアとの組み合わせを含むことができる。幾つかの実装において、モジュール４２４０、４２５０及び４２６０は、プロセッサ４２１２及びメモリ４２１４、例えば、メモリ４２１４に格納されたプログラム命令、及び／又は制御システム４２１０に接続された他のメモリ又は記憶デバイスを使用して実装されることができる。

【0269】

モード制御モジュール４２４０は、例えば、制御装置のユーザ選択、マスタコントローラを使用するユーザの存在の感知、マスタコントローラの必要とされる操作の感知などによって、ユーザがシステムの制御モード及び非制御モードをいつ開始するかを検出することができる。モード制御モジュールは、１つ以上の制御信号Ｃ１～Ｃｘに基づいて制御システム４２１０の制御モード又は非制御モードを設定することができる。例えば、モード制御モジュール４２４０は、ユーザ検出モジュールが、ユーザが制御入力デバイスを使用するために適切な位置にあるユーザ及びユーザが制御入力デバイスに接触したことを示す信号（例えば、１つ以上の信号Ｃ１～Ｃｘ）を検出するならば、制御モード動作をアクティブ化することがある。モード制御モジュール４２４０は、ユーザ接触が制御入力デバイスで検出されないならば及び／又は如何なるユーザも制御入力デバイスを使用する適切な位置にないならば、制御モードを無効にすることがある。例えば、モード制御モジュール４２４０は、制御システム４２１０に通知するか、或いは制御モードモジュール４２５０に直接的に情報を送信して、制御モードモジュール４２５０がスレーブデバイス４２０４を移動させる作動信号Ａｌ～Ａｎを生成することを防止することができる。

【0270】

幾つかの実施において、制御モードモジュール４２５０は、制御システム４２１０の制御モードを制御するために使用されてよい。制御モードモジュール４２５０は、制御信号Ｃ１～Ｃｘを受信することができ、スレーブデバイス４２０４のアクチュエータを制御し、例えば、スレーブデバイス４２０４の動作がマスタデバイス４２０２の動作のマッピングに対応するように、スレーブデバイス４２０４をマスタデバイス４２０２の動作に従わせる、作動信号Ａｌ～Ａｙを生成することができる。制御モードモジュール４２５０は、従来の技術を使用して実装されることができる。幾つかの実装において、制御モードモジュール４２５０は、マスタデバイス４２０２上の力を制御するためにも使用されることができる。例えば、力は、コンポーネントに力を加えるために使用されるアクチュエータへの１つ以上の制御信号Ｄ１～Ｄｘ出力を使用して、マスタ制御デバイスの１つ以上のコンポーネント、例えば、ハンドグリップ部材又は制御入力デバイスの機械的リンクに対して出力されることができる。そのような力は、触覚フィードバック、重力補償などを提供することができる。

【0271】

幾つかの実施において、非制御モードモジュール４２６０は、システム４２００の非制御モードを制御するために使用されてよい。非制御モードにおいて、マスタデバイス４２０２のユーザ操作は、スレーブ４２０４の１つ以上のコンポーネントの移動に影響を有さない。幾つかの例において、非制御モードは、スレーブデバイス４２０４の一部分、例えば、マニピュレータアームアセンブリが、マスタデバイス４２０２によって制御されず、むしろ、空間内で浮遊し、手動で移動されることがあるときに、使用されてよい。非制御モードにおいて、非制御モードモジュール４２６０は、スレーブデバイス４２０４内のアクチュエータシステムが自由に回転することを可能にしてよく、或いは、例えば、マニピュレータアーム内のモータが、重力に対するアームの予想重量を支持することを可能にするために、作動信号Ａｌ～Ａｎを生成してよく、その場合、アーム内のブレーキは係合されず、アームの手動移動を可能にする。

【0272】

幾つかの実装において、非制御モードは、制御システム４２１０の１つ以上の他の動作モードを含むことができる。例えば、非制御モードは、選択モードであることができ、選択モードでは、制御入力デバイスの制御装置の選択及び／又はその自由度のうち１つ以上における制御入力デバイスの移動が、例えば、ディスプレイシステム４２２０及び／又は他のディスプレイデバイスによって表示されるグラフィカルユーザインターフェースにおける表示されるオプションの選択を制御することができる。視認モードは、制御入力デバイスの移動が、スレーブデバイス４２０４に含まれないことがある、撮像デバイス（例えば、カメラ）から提供される表示、又は撮像デバイスの移動を制御することを可能にすることができる。制御信号Ｃ１～Ｃｘは、そのような要素（例えば、カーソル、ビューなど）を制御するために、非制御モードモジュール４２６０によって使用されることができ、制御信号Ｄ１～Ｄｘは、そのような非制御モードの間に制御入力デバイスに対する力の出力を引き起こし、例えば、そのようなモードの間に生じるユーザ相互作用又はイベントを示すために、非制御モードモジュールによって決定されることができる。

【0273】

本明細書に記載する実装は、少なくとも部分的に、コンピュータ上で実行されることができる、コンピュータプログラム命令又はコードによって実装されてよい。例えば、コードは、１つ以上のデジタルプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ又は他の処理回路構成）によって実装されてよい。命令は、非一時的コンピュータ読取可能な媒体（例えば、記憶媒体）を含むコンピュータプログラム製品に格納されることができ、その場合、コンピュータ読取可能な媒体は、半導体又はソリッドステートメモリ、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、剛体磁気ディスク、光ディスク、メモリカード、ソリッドステートメモリドライブなどを含む、磁気、光学、電磁気又は半導体記憶媒体を含むことができる。この媒体は、データ及び実行可能な命令のダウンロードを提供するインターネットのようなネットワークに接続されるサーバ又は他のデバイスであってよく、或いはそれに含まれてよい。代替的に、実装は、ハードウェア（論理ゲートなど）内にあることができ、或いはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ内にあることができる。例示的なハードウェアは、プログラマブルプロセッサ（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、複雑なプログラマブルロジックデバイス）、汎用プロセッサ、グラフィックスプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び同等物であることができる。

【0274】

本開示に記載する機能ブロック、動作、構成、方法、デバイス及びシステムは、当業者に知られていることがあるようなシステム、デバイス及び機能ブロックの異なる組み合わせに統合又は分割されてよいことに留意されたい。

【0275】

図示の例に従って本実装を記載したが、当業者は、実装に対する変形があり得ること並びにそれらの変形が本開示の範囲内にあることを容易に認識するであろう。従って、当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの修正を行うことがある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-02

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の支持体と、
前記第１の支持体に結合される第２の支持体と、
前記第２の支持体に回転可能に結合されるディスプレイユニットと、
第１のアクチュエータ、第２のアクチュエータ及び第３のアクチュエータと、
前記ディスプレイユニットに結合される手動入力デバイスと、を含み、
前記第２の支持体は、前記第１の支持体に対して第１の自由度において第１の軸に沿って直線的に並進可能であり、前記第２の支持体の少なくとも部分は、前記第１の支持体に対して第２の自由度において第２の軸に沿って直線的に並進可能であり、
前記ディスプレイユニットは、前記第２の支持体に対して第３の自由度において第３の軸について回転可能であり、
前記第１のアクチュエータは、前記第１の自由度において前記ディスプレイユニットに対して第１の力を出力するように構成され、前記第２のアクチュエータは、前記第２の自由度において前記ディスプレイユニットに対して第２の力を出力するように構成され、前記第３のアクチュエータは、前記第３の自由度において前記ディスプレイユニットに対して第３の力を出力するように構成され、
前記手動入力デバイスは、前記手動入力デバイスのユーザ操作に基づく制御信号を、前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータ及び前記第３のアクチュエータに提供して、前記第１の自由度における前記第２の支持体の直線的な並進、前記第２の自由度における前記第２の支持体の前記少なくとも部分の直線的な並進及び前記第３の自由度における前記ディスプレイユニットの回転を引き起こす、力の出力を引き起こして、前記手動入力デバイスの前記ユーザ操作に従って前記ディスプレイユニットの作業空間内で前記ディスプレイユニットの移動をもたらすように作動する、
制御ユニット。

【請求項2】

前期第１の支持体は、第１の伸縮自在なベース部分と、第２の伸縮自在なベース部分とを含み、
前記第２の伸縮自在なベース部分は、前記第１の伸縮自在なベース部分に対して前記第１の軸に沿って直線的に並進可能であり、
前記第２の支持体は、第１の伸縮自在なアーム部分と、第２の伸縮自在なアーム部分とを含み、
前記第２の伸縮自在なアーム部分は、前記第１の伸縮自在なアーム部分に対して前記第２の軸に沿って直線的に並進可能であり、
前記第１の支持体の前記第２の伸縮自在なベース部分は、前記第２の支持体の前記第１の伸縮自在なアーム部分に強固に結合される、
請求項１に記載の制御ユニット。

【請求項3】

前記第２の支持体は、中間支持体によって前記第１の支持体に結合され、
前記中間支持体は、垂直部分に強固に結合される水平部分を含み、前記水平部分及び前記垂直部分は、互いに対して直交し、
前記第２の支持体は、前記中間支持体に対して前記第２の自由度において水平に並進可能であり、
前記中間支持体及び前記第２の支持体は、前記第１の支持体に対して前記第１の自由度において垂直に並進可能である、
請求項１に記載の制御ユニット。

【請求項4】

前記第２の支持体の前記少なくとも部分に回転可能に結合される傾斜部材を更に含み、
前記ディスプレイユニットは、前記傾斜部材に結合され、
前記傾斜部材は、前記第３の自由度において前記第３の軸について回転可能であり、
前記第３の軸は、前記第１の軸に対して直交し、前記第２の軸に対して直交する、
請求項１～３のうちのいずれか１項に記載の制御ユニット。

【請求項5】

前記傾斜部材の第１の端が、前記第２の支持体の端に結合され、
前記ディスプレイユニットは、前記傾斜部材の第２の端に結合され、
前記傾斜部材は、前記傾斜部材の前記第１の端から前記第１の支持体に向かって延びる、
請求項４に記載の制御ユニット。

【請求項6】

前記ディスプレイユニットは、第４の自由度において前記傾斜部材に対して第４の軸について回転可能であり、
前記第４の軸は、前記第３の軸に対して直交する、
請求項４に記載の制御ユニット。

【請求項7】

前記第４の自由度において前記第４の軸について前記ディスプレイユニットに対して力を出力するように構成される第４のアクチュエータを更に含む、請求項６に記載の制御ユニット。

【請求項8】

前記傾斜部材に結合される湾曲トラックを更に含み、前記ディスプレイユニットは、前記湾曲トラックに結合され、前記第４の自由度において前記第４の軸について回転可能であるように前記湾曲トラックによって案内される、請求項７に記載の制御ユニット。

【請求項9】

前記第２の支持体の前記部分は、２つのヨーク部材を含むヨーク部分を含み、
前記ディスプレイユニットは、前記２つのヨーク部材に回転可能に結合され、前記２つのヨーク部材の間に位置付けられる、
請求項１～８のうちのいずれか１項に記載の制御ユニット。

【請求項10】

前記ディスプレイユニットは、頭入力デバイスを含み、前記頭入力デバイスは、前記ディスプレイユニットに設けられ、ユーザの頭から頭入力を受信することに基づく頭制御信号を、前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータ及び前記第３のアクチュエータに提供して、前記第１の自由度における前記第２の支持体の前記直線的な並進、前記第２の自由度における前記第２の支持体の前記少なくとも部分の前記直線的な並進及び前記第３の自由度における前記ディスプレイユニットの前記回転を引き起こす、力の出力を引き起こすように構成される、請求項１～９のうちのいずれか１項に記載の制御ユニット。

【請求項11】

前記ディスプレイユニットの前記作業空間内の前記ディスプレイユニットの前記移動は、前記制御ユニットの如何なる機械的ジョイントの回転軸にも対応しない画定されたピボット軸についての前記ディスプレイユニットの回転を含み、
前記画定されたピボット軸は、前記手動入力デバイスを通じて延び、
前記手動入力デバイスは、前記ディスプレイユニット及び前記手動入力デバイスを作動させるユーザの手によって操作可能である、
請求項１～９のうちのいずれか１項に記載の制御ユニット。

【請求項12】

前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータ及び前記第３のアクチュエータは、前記第１の力、前記第２の力及び前記第３の力を組み合わせにおいて出力して、前記制御ユニットの如何なる機械的ジョイントの回転軸にも対応しない画定されたピボット軸についての前記ディスプレイユニットの回転を引き起こすように構成される、請求項１～１０のうちのいずれか１項に記載の制御ユニット。

【請求項13】

前記画定されたピボット軸は、ユーザが前記ディスプレイユニットを作動させるときに、前記画定されたピボット軸が前記ユーザの首を通じて延びるような場所に位置付けられ、
前記画定されたピボット軸は、頭入力デバイスを通じて延び、前記頭入力デバイスは、頭入力デバイスを作動させるユーザの前頭部と接触するように構成される前記頭入力デバイス上の点で前記ディスプレイユニットに設けられ、或いは、
前記画定されたピボット軸は、前記ディスプレイユニットを作動させる前記ユーザの眼を通じて延びる眼軸と一致する、
請求項１２に記載の制御ユニット。

【請求項14】

前記画定されたピボット軸は、前記画定されたピボット軸の場所を画定する前記制御ユニットへのユーザ入力に基づいて空間内で調整可能である、請求項１２又は１３に記載の制御ユニット。

【請求項15】

前記制御ユニットは、遠隔操作マニピュレータシステムの１つ以上の機能を制御するためにユーザによって操作可能な制御入力デバイスを含むデバイスに結合され、前記１つ以上の機能は、前記遠隔操作マニピュレータシステムのアクチュエータに、前記制御入力デバイスの操作に従って前記遠隔操作マニピュレータシステムの画像キャプチャデバイスを移動させることを含み、画像データは、前記画像キャプチャデバイスから受信され、前記ディスプレイユニットによって表示される、請求項１～１４のうちのいずれか１項に記載の制御ユニット。

【請求項16】

ディスプレイユニットに結合される手動入力デバイスでユーザ入力を受信することと、
前記手動入力デバイスのユーザ操作に基づいて前記手動入力デバイスから制御信号を提供することと、
前記ディスプレイユニットに結合される支持リンク機構によって提供される１つ以上の自由度において前記ディスプレイユニットの移動を引き起こすことと、を含み、前記移動は、前記制御信号に基づき、前記移動を引き起こすことは、
第１のアクチュエータを制御して、第１の自由度において第１の軸に沿って前記支持リンク機構の第２のリンクを前記支持リンク機構の第１のリンクに対して直接的に並進させることと、
第２のアクチュエータを制御して、第２の自由度において第２の軸に沿って前記第２のリンクの部分を前記第１のリンクに対して直接的に並進させることと、
第３のアクチュエータを制御して、前記ディスプレイユニットを前記第２のリンクに対して第３の自由度において第３の軸について回転させることと、を含む、
方法。

【外国語明細書】