头戴式显示器及其显示屏、头戴支架和视频

技术领域

本发明属于虚拟现实技术领域，尤其涉及一种头戴式显示器及其显示屏、头戴支架和视频。

背景技术

在虚拟现实技术领域，头戴式显示器作为虚拟场景的显示设备，要求能使头戴式显示器佩戴者产生身在场景之中的沉浸感、临场感，现有技术中头戴式显示器的显示屏是平面的显示屏，所述平面的显示屏与这个头戴式显示器佩戴者眼睛之间加装放大镜，用来增大这种显示器的视场角，来实现沉浸感、临场感。

但所述显示屏显示的画面经过放大镜进入佩戴者眼睛，会使佩戴者眼晕、眼睛胀痛，无法长时间观看。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是，一种头戴式显示器及其显示屏、头戴支架和视频。

所述头戴式显示器，包括显示屏和头戴支架，所述显示屏是凹面显示屏，所述凹面显示屏的图像显示面是凹面形状的，即所述凹面显示屏的图像显示面上任意两点的连线，在这个显示屏之外或这个显示面的表面上；所述凹面显示屏不是反射投影仪投射光线的投影屏。

所述头戴式显示器上安装有一个凹面显示屏，或一个以上的多个显示模块组成的一个整体的凹面显示屏。

所述头戴支架，将所述凹面显示屏固定在佩戴者头部，并在这个佩戴者可以清楚和正确观看这个凹面显示屏显示图像的位置。

在合适的照明条件下，正常人眼最方便、最习惯观察近处较小物体的距离，被称为明视距离，这个距离人眼的调节功能不太紧张，观察时感觉最舒适，可以长时间观察而不疲劳。小于明视距离观看，人眼会看不清楚或不舒适，因此，所述佩戴者眼睛观察点，到正前方这个显示屏图像显示面的距离，至少等于明视距离。

正常人眼的明视距离为25厘米，眼睛近视的人裸眼明视距离小于20厘米，高度近视的人裸眼明视距离可以达到15厘米。

为了适合不同视力的佩戴者，所述头戴式显示器的显示屏与佩戴者眼睛观察点之间的距离可以调节。

也可以将所述佩戴者眼睛观察点到正前方显示屏图像显示面之间的距离固定在某一定值，比如22厘米（现在的人普遍都近视），佩戴者再戴着自己的矫正视力的眼镜满足显示图像视频的清楚观看。

所述头戴式显示器的显示屏与佩戴者眼睛观察点之间的距离越短，所述头戴式显示器的体积越小，佩戴越舒适。

所述凹面显示屏与这个头戴式显示器佩戴者眼睛之间，没有放大镜或反光镜，佩戴者按照正常习惯裸眼或佩戴自己的矫正视力的眼镜直接观看所述凹面显示屏显示的画面。

所述凹面显示屏的尺寸，可满足所述头戴式显示器的水平视场角大于36度，所述头戴式显示器的水平视场角是，所述头戴式显示器在被正常观看佩戴时，其图像显示面左、右两边缘的中点，与其佩戴者左眼（或右眼）观察点的连线，所形成的夹角。

所述头戴式显示器在显示视频时，图像视频画面是在围绕佩戴者眼睛的一个凹面立体空间上显示的，接近人观察真实场景的感觉，随着所显示景物由远而近的移动，景物的视角在变化，在凹面显示屏弯曲的区域，同一景物在佩戴者左、右眼中的视角差别加大，接近人眼观察实际景物的感觉，所述头戴式显示器水平视场角大于36度就可以体现出来，水平视场角越大，沉浸感、临场感越明显，可利用大视场角的凹面显示器来提高显示场景的沉浸感、临场感。

所述图像视频画面是指，每一副图像或视频的每一帧图像在显示屏上显示的部分。

所述头戴式显示器水平视场角大于36度，就算其垂直视场角只有几度，只要能看清楚所显示的图像视频画面，通过所述凹面显示屏弯曲区域的显示，同一景物在佩戴者左、右眼中的视角差别加大，所述佩戴者也会有沉浸感、临场感，就像从一条绕着眼睛水平弯曲的狭缝看外面的场景一样；所述头戴式显示器的垂直视场角大于20度时，更能增加沉浸感、临场感。

所述头戴式显示器的垂直视场角是，所述头戴式显示器在被正常观看佩戴时，其图像显示面上、下两边缘的中点，与其佩戴者左眼（或右眼）观察点的连线，所形成的夹角。

所述凹面显示屏的像素单元可被电信号控制电致自发光，例如所述凹面显示屏像素单元是利用有机材料通过电的作用而自发光，如OLED显示屏或PLED显示屏，所述凹面显示屏可以是通过行扫描线与列数据线，直接对像素发光体施加信号电压来控制像素发光，如PMOLED显示屏。

利用这种方案的头戴式显示器，佩戴者所看到的图像视频画面是二维画面，即，双眼观看同一个画面。

正常人眼在观看二维画面时不会眩晕，看两个小时左右的视频不容易产生眼睛疲劳，人们观看两个小时左右的游戏或电影，眼睛是不会产生难受的感觉。

人两眼重合视域为124度，小于这个视角的景物，人会产生立体感；人双眼的极限水平视角是230度，头戴式显示器的显示屏水平视场角大于230度时，佩戴者是看不到显示屏左右的边缘，佩戴者会感觉像是在显示屏显示的场景里一样。

人眼在可视范围内，从视野中心向外扩展，视角在10度之内是敏感区，在这个区域人眼对所看景物的细节或颜色具有最强的辨别能力；视角在水平30度之内(视野中心左、右各15度)、垂直20度之内（视野中心上8度、下12度），人眼仅通过正常习惯轻松的转动眼球，就可以聚焦识别景物的信息，这个视角区域被称为有效视野；视角在水平30度至100度（视野中心左、右各50度）之间，垂直20度至85度（视野中心上35度、下50度）之间，人眼仅能判定景物的存在和景物的位置，这个视角区域被称为感应视野；视角在水平100度至200度（视野中心左、右各100度）之间，垂直85度至135度（视野中心上50度、下85度）之间，人眼对景物的视觉非常低，只有强烈的刺激才诱发注视动作，这个视角区域被称为辅助视野。

因此，在人眼的所述有效视野内的显示屏区域应该分辨率高，图像、信息显示细腻。

由于所述头戴式显示器是固定在佩戴者头部，佩戴者双眼正前方，所以佩戴者眼睛的所述有效视野在所述凹面显示屏上的位置也是固定的。

人眼的所述感应视野和所述辅助视野，也就是人眼有效视野之外的余光区，是人眼无法看清楚景物的区域，但人眼的余光区，却能增加显示场景空间的临场感，沉浸感。

在人眼有效视野之外的显示屏区域，特别是辅助视野区的显示屏区域，可不考虑距离眼睛的远近，因为无论远近都是看不清的。

为了加大所述头戴式显示器的视场角，并尽量减小其体积，可使其显示屏在人眼有效视野外的部分，特别是所述辅助视野区的显示屏区域，尽量向这个显示屏图像显示侧弯曲，用尽量小的显示屏体积来尽量包围佩戴者的视野。

在人眼感应视野和辅助视野内的显示屏区域，分辨率可以降低，这样可以降低显示屏的加工难度，减少显示屏驱动电路的数据处理量，可降低对驱动电路的要求，降低成本。

作为所述头戴式显示器的凹面显示屏图像显示面的形状有很多种，可以是没有折点或折线的凹面，例如局部抛物面（抛物面内表面的包含抛物面顶点的一个局部区域）、局部内球面（球面的内表面的一个局部区域）、局部内椭球面（椭球面的内表面的一个局部区域）、局部内扁球面（扁球面的内表面的一个局部区域），局部内双心球面（凹面相对的两个半球面间相切等直径的圆柱面，所形成的几何体内表面的一个局部区域），或由平面显示屏左右两侧向这个显示屏图像显示侧弯曲形成的凹面，例如由平面显示屏左右弯向其图像显示侧，弯成局部内圆柱面（圆柱面内表面的一个局部区域），或由平面显示屏左右两侧向这个显示屏图像显示侧弯曲，并且这个显示屏的至少一个角也向这个角所在部位的图像显示侧弯曲，而形成的凹面；可以是有折点或折线的凹面，例如多面体内表面、圆台内表面、圆锥内表面等等。

这些形状的凹面显示屏，如果显示适合自己形状的图像视频，在水平视场角大于36度时，都会产生临场感、沉浸感。

但由于这些凹面显示屏形状的不同，显示屏各个显示区域的显示方向不同，需要的图像视频在拍摄时镜头的拍摄方向也不同，为了不失真，每种显示屏应该有适合自己形状的图像视频，但这不利于广泛使用，工业化生产。

同一个凹面显示屏，如果眼睛观察点的位置不同，观看的图像视频显示效果也会不同。

所述佩戴者眼睛观察点在所述头戴式显示器中的最佳位置，由其凹面显示屏的形状决定。

所述局部内球面凹面显示屏（即所述凹面显示屏的图像显示面的形状是球面的内表面的一个局部区域），其所述眼睛观察点最佳位置应该是：佩戴者双眼观察点连线的中点在这个球面的球心上，所述球面半径（如图2中OZ所示）等于明视距离，所述佩戴者双眼对称于这个局部内球面凹面显示屏的图像显示面的左右对称面。

所述局部抛物面凹面显示屏（即所述凹面显示屏的图像显示面的形状是，抛物面内表面的包含抛物面顶点的一个局部区域），其所述眼睛观察点最佳位置应该是：佩戴者双眼观察点连线的中点在这个凹面显示屏抛物面焦点上，所述抛物面焦点到这个抛物面顶点的距离等于明视距离，佩戴者双眼对称于这个局部抛物面凹面显示屏的图像显示面的左右对称面。

所述局部内圆柱面凹面显示屏（即所述凹面显示屏的图像显示面的形状是，圆柱面内表面的一个局部区域），其所述眼睛观察点最佳位置应该是：佩戴者双眼观察点连线的中点，在这个圆柱面的圆柱轴的中点上，所述圆柱面的半径等于明视距离，佩戴者双眼对称于这个局部内圆柱面凹面显示屏的图像显示面的左右对称面（如图2中的点划线r所示）。

目前由于虚拟现实技术正处于一个起步阶段，虚拟现实使用的图像视频还没有一个具体的定义，一般可用的有鱼眼图像视频（即：Fisheye Video）、内圆柱面图像视频（即：Cylindrical Panoramic Video）和内球面全景图像视频（即： Spherical PanoramaVideo）。

所述鱼眼图像视频是由一个鱼眼镜头摄像机拍摄的图像视频，是将视角180度左右的场景投影在一个平面的感光芯片上，没有经过软件矫正直接输出的图像视频，所述感光芯片的像素阵列是行像素与列像素的矩阵排列；所述鱼眼图像视频，通过普通二维视频播放软件在平面显示屏上显示时，呈现具有桶形畸变的图像视频画面；即画面中，上半部真实场景的横线条中部向上凸，下半部真实场景的横线条中部向下凸，左半部真实场景的竖线条中部向左凸，右半部真实场景的竖线条中部向右凸；但这种鱼眼图像视频利用适合的视频播放软件或普通二维视频播放软件，通过大视场角的所述局部抛物面凹面显示屏或所述局部内球面凹面显示屏显示时，即，将所述视频在平面显示屏中显示为桶形畸变的画面，显示在所述凹面形状的显示屏图像显示面上，如同在平面显示屏上正常播放一样，只需调整显示画面的大小，适合凹面显示屏自身的凹面形状，在其观察点处观看，画面会接近场景的原貌，且临场感、沉浸感强；这里所使用的所述局部抛物面凹面显示屏和所述局部内球面凹面显示屏，其像素阵列结构是，行像素在显示屏凹面与平行于这个凹面几何轴线的水平面的交线上，列像素在显示屏凹面与平行于这个凹面几何轴线的垂直面的交线上；即所述局部内球面凹面显示屏，其像素阵列结构主视图中行像素是水平线，列像素是垂直线；其像素阵列结构的俯视图中行像素是平行的同心圆的圆弧，列像素是垂直线；其像素阵列结构的侧视图中行像素是水平线，列像素是平行的同心圆的圆弧。所述像素阵列结构是行像素与列像素在空间的排列结构。

所述像素阵列结构的主视图，是指所述佩戴者观看显示屏图像的方向，所看到的像素阵列的视图。

所述凹面显示屏像素阵列结构中行像素与对应的扫描线长度几乎相等，列像素与对应的数据线长度几乎相等。

所述内圆柱面图像视频是由一台摄像机的多个围成一圈的摄像头，同时拍摄配合图像拼接合成软件制作的，所述内圆柱面图像视频通过普通二维视频播放软件在平面显示屏上显示时，呈现具有桶形畸变的画面；即画面中，上半部真实场景的横线条中部向上凸，下半部真实场景的横线条中部向下凸，竖线条没有弯曲变形；这种内圆柱面图像视频利用适合的视频播放软件或普通二维视频播放软件，通过大视场角所述局部内圆柱面凹面显示屏显示时，即，将所述视频在平面显示屏中显示为桶形畸变的画面，显示在所述凹面形状的显示屏图像显示面上，如同在平面显示屏上正常播放一样，只是将内圆柱面图像视频每一帧图像的一个局部显示在局部内圆柱面凹面显示屏上，只需调整显示画面的大小，适合凹面显示屏自身局部内圆柱面形状，在其观察点处观看，画面会接近场景的原貌，且临场感、沉浸感强；可通过鼠标或键盘或陀螺仪移动画面来实现转换画面视角；所述局部内圆柱面凹面显示屏的像素阵列结构，主视图中行像素是水平线，列像素是垂直线；俯视图中行像素是一段圆弧，列像素是这段圆弧上的点；侧视图中行像素是水平线，列像素是垂直线；由于所述局部内圆柱面凹面显示屏是由平面显示屏左右弯向其图像显示侧，弯成局部内圆柱面制成的，所以其显示屏像素电路同平面显示屏一样。

所述内球面全景图像视频是由一台摄像机的至少两个摄像头，同时拍摄配合图像拼接合成软件制作的，和/或由三维软件制作的，所述内球面全景图像视频通过普通二维视频播放软件在平面显示屏上显示时，呈现具有桶形畸变的画面；即画面中，上半部真实场景的横线条中部向上凸，下半部真实场景的横线条中部向下凸，竖线条没有弯曲变形；这种内球面全景图像视频，利用适合的视频播放软件或普通二维视频播放软件，通过大视场角所述局部内球面凹面显示屏显示时，即，将所述视频在平面显示屏中显示为桶形畸变的画面，显示在所述凹面形状的显示屏图像显示面上，如同在平面显示屏上正常播放一样，只需调整显示画面的大小，适合凹面显示屏自身的局部内球面形状，只是将内球面全景图像视频每一帧图像的一个局部显示在局部内球面凹面显示屏上，在其观察点处观看，画面会接近场景的原貌，且临场感、沉浸感强；可通过鼠标或键盘或陀螺仪移动画面来实现转换画面视角；这里所使用的局部内球面凹面显示屏，其像素阵列结构如同地球仪的经纬线排列结构，行像素如同地球仪的纬线，列像素如同地球仪的经线，由于内球面上下两侧方向的面积逐渐变窄，因此为避免列像素重叠，列像素也按一定规律在球面上下两侧逐渐隔列均匀剪短，使得显示屏内球面图像显示面的上下两侧方向列像素向内逐渐靠拢，所显示的内球面全景图像视频画面在上下两侧方向逐渐收缩，成为实际结构的内球面画面。

如果用上下较窄、左右较长的局部内圆柱面凹面显示屏，显示内球面全景图像视频，通过适合的播放软件或全景视频播放软件播放，当内圆柱面凹面显示屏的图像显示面，其行像素显示区域长度大于列像素显示区域长度的2.5倍时，也会有较好的临场感。

所述凹面显示屏的像素阵列排列应尽量满足所显示的图像视频画面的显示效果不失真变形。

目前的虚拟现实视频播放软件是将所述内球面全景图像视频的画面映射在内球面上，通过双屏显示或单屏左右半屏显示，只显示这个内球面全景图像视频每帧图像的很小的局部，利用放大镜把这个很小的局部画面放大，来体现能产生临场感的大视场角，通过佩戴者转动头部，利用陀螺仪来变换不同视角的场景画面，但这样显示的画面不是一帧全景图像的较大区域，没有开阔的视野；目前的虚拟现实视频播放软件还有一种单屏显示模式，是利用平面的电脑显示屏或手机显示屏显示全景图像视频画面的局部区域，通过鼠标或触摸屏拖动屏幕或陀螺仪功能变换视角，观看全景图像的不同区域，当全景图像被缩小时，即大视角观看时，画面便产生明显的桶形畸变。

实际上桶形畸变是大视角观看场景的真实体现，其画面近大远小是临场感、沉浸感的表现，只是平面显示屏无法表现出来，所述局部内球面凹面显示屏是将内球面全景图像视频每帧图像的一个较大的局部，显示在实际结构的局部内球面上，在空间上围绕在佩戴者眼睛的周围，如同佩戴者看到的真实场景在自己的周围一样。

所述局部内球面凹面显示屏、局部内圆柱面凹面显示屏、局部抛物面凹面显示屏都可以作成大视场角凹面显示屏，显示的是二维的画面，即双眼观看同一个画面，佩戴者可以较长时间（两小时）观看而不容易疲劳。

凹面显示屏的像素阵列电路，由于显示屏的凹面结构，行像素、扫描线或列像素、数据线有的长有的短，行扫描线电极与行驱动器电路的接口，和列数据线电极与列驱动器电路的接口，无法同时被安置在像素阵列的外边缘；比较容易的解决方案是，在制造显示屏时，将列数据线放在显示屏背面的最外层，或在最外层可以连接到列数据线，在凹面显示屏背面的列数据线中部可引出全部列数据线电极，并与对应的列驱动器电路连接；行扫描线电极在像素阵列的左右两边缘，与行驱动器电路连接。

也可以在制造显示屏时，将行扫描线放在显示屏背面的最外层，或在最外层可以连接到行扫描线，在凹面显示屏背面的行扫描线中部可引出全部行扫描线电极，并与对应的行驱动器电路连接；列数据线电极在像素阵列的上下两边缘，与列驱动器电路连接。

上述行扫描线电极与行驱动器电路的接口，在行扫描线的中部可以是一个以上的多个接口点；或列数据线电极与列驱动器电路的接口，在列数据线的中部可以是一个以上的多个接口点，这样可使显示屏像素电路的供电电压均匀，使显示屏亮度均匀，寿命延长，对大面积显示屏更加明显。

为了减小凹面显示屏体积，上述凹面显示屏的所述辅助视野部分应尽量向显示侧弯曲；为了脱模方便所述局部内球面凹面显示屏视场角超过170度的区域应圆滑过度成局部内圆锥面或内圆柱面。

所述凹面显示屏的制造方法有多种，比较容易的方法，一种是：像现有技术中印刷法制造显示屏一样，利用喷墨打印机将显示屏的像素电路材料按顺序喷在支撑像素电路的基片上，其特征在于：所述基片是透明的旋转体形状，用适合的喷墨打印机，通过使这种旋转体形状的基片绕着其几何旋转轴转动，喷墨打印机的喷嘴按设定好的步进程序，将像素电路材料喷在所述基片上，再经过其它工序完成凹面显示屏制造。

另一种方法是：像现有技术中印刷法制造显示屏一样，将显示屏的像素电路材料通过喷墨打印机或印刷设备或印刷工具，按顺序印在支撑像素电路的平面基片上，其特征在于：用来支撑显示屏像素电路的平面基片是可满足要求的透明塑料片，即所述塑料片的强度、厚度、透明度、变形性能等都应满足这种凹面显示屏对所述塑料片的要求，其像素阵列的印刷图案，是凹面显示屏所需的像素阵列图案展开成平面后的图案（所述展开方法是根据所述塑料片的变形来定），所述塑料片在完成显示屏所需的平面印刷步骤后，由固定架确定方位，再被弯曲和/或拉伸和/或收缩和/或扭曲等变形处理，也可将变形后的显示屏的显示面粘贴在，适合形状的凹面形透明壳体的背面，固定成所需的凹面显示屏的形状，再经过其它工序完成凹面显示屏制造；所述凹面形透明壳体，应满足强度、硬度和显示屏正常温度使用不变形的要求；所述变形处理不应损坏显示屏像素电路，可在所述显示屏像素电路材料没有凝固还具有延伸性时变形，或选用具有延伸性的材料，例如PEDOT:PSS类导电聚合物。

由于用来支撑显示屏像素电路的所述基片是塑料片，其强度、硬度会受温度变化的影像，因此，在像素电路印刷过程中，所述基片应保持在摄氏0到10度的某个定值。

再一种方法是：像现有技术中印刷法制造显示屏一样，将显示屏的像素电路材料通过喷墨打印机或印刷设备或印刷工具，按顺序印在支撑像素电路的平面基片上，其特征在于：用来支撑显示屏像素电路的平面基片是液体披覆转印膜，所述液体披覆转印膜的功能和作用类似于水披覆转印膜，将应该印在凹面显示屏的透明凹面基片背面的，凹面显示屏所需的像素阵列图案，展开成平面图案后（所述展开是根据所述透明凹面基片的形状来定），反面印在平面的所述液体披覆转印膜上；将印有显示屏像素电路展开图反面的液体披覆转印膜，放入只溶解这种液体披覆转印膜而不溶解显示屏像素电路材料的液体中，等所述液体披覆转印膜溶解后，将凹面显示屏的透明凹面基片的背面，涂适合的透明粘合剂后，对准位置将液体表面的显示屏像素电路压入液体，使这个显示屏像素电路披覆在这个凹面显示屏的透明凹面基片的背面，再经过其它工序完成凹面显示屏制造；所述液体披覆转印工序，是在所述显示屏像素电路材料没有凝固还具有延伸性时实施的，或选用具有延伸性的材料，例如PEDOT:PSS类导电聚合物；如果印刷材料是水性的，则披覆用的液体必须是不溶解水的油性液体，同时所使用的转印膜是溶解于这种油性液体的，所述液体也不能溶解所述凹面显示屏的透明凹面基片；所述液体披覆转印膜包括水披覆转印膜和具有相同功能的可被其它液体溶解的薄膜。

所述凹面显示屏背面应该有轻质，较高强度和硬度的保护层作外壳；所述外壳的显示屏边缘处应有垂直于显示面的立筋，以减小凹面显示屏的变形，所述外壳也可以和显示屏粘接在一起，形成一层。

为了增加沉浸感，不使佩戴者周围环境光线干扰所述佩戴者视线，所述头戴式显示器还可以加一个遮光罩，所述遮光罩是将头戴式显示器的显示屏和佩戴者眼睛，封闭在一个阻挡外界光线的空间里的罩形物体；所述遮光罩可以是柔性的，例如用遮光布将头戴式显示器的显示屏和佩戴者眼睛或头包围起来；所述遮光罩也可以是硬质的，并与显示屏的背面保护层连为一体，硬质遮光罩的口上边缘有柔软的衬垫，佩戴时可顶住佩戴者额头，所述硬质遮光罩的口的其它边缘可用柔性遮光布配合遮光。

为了增加所显示场景的立体效果，所述头戴式显示器还可以加工成具有裸眼3D功能的，显示屏图像显示面是凹面的头戴式显示器。

人的两眼瞳孔之间的距离大约65毫米左右，在看同一场景时两眼内产生的影像不是完全相同的，是不同视角的两幅图像，这两幅不同视角的图像，经大脑的合成，人便产生了立体的3D视觉。

3D视频也是利用这个原理，将两幅不同视角的图像同时呈现在两个眼睛里，经大脑的合成，人便产生了立体的3D视觉。

目前制作3D视频的方法有两种：一种方法是一台摄像机上有两个摄像头，模拟人双眼并排相距一定间距，同时拍摄得到的两幅不同视角图像视频，这种视频在显示时，只有一个主题方向，观看者无法转换视角，观看图像视频中其它方向的场景，这也是传统的3D电影拍摄方法，这种图像视频立体感、真实感强。

另一种方法是，将内圆柱面图像视频或内球面全景图像视频（包括实景拍摄的或3D软件制作的），经过播放软件实时模拟出两幅不同视角的图像视频，通过头戴式左右分屏显示器显示，观看者不仅能看到具有3D视觉的图像视频，而且向不同方向观看，也会看到场景中不同方向景物的3D视觉图像。

但目前这两种方法制作的3D视频，两幅图像的重叠部分视场角过大，几乎是两幅同样的图像，再经过现有技术中头戴式显示器放大镜，水平视场角会大于80度，使得观看者两眼球向不同方向长时间偏转，容易视觉疲劳。

人单眼的舒适视域水平视角只有60度，双眼重叠部分要小于60度，也就是说，显示在左眼和右眼的图像相邻一侧重叠的部分水平视角小于60度时，观看者感觉会舒服些。

人正常观察景物时，虽然双眼的重叠水平角度接近124度，但水平视角在10度之内是敏感区，在这个区域人眼对所看景物的细节或颜色具有最强的辨别能力，在这个视角内，人眼可以长时间集中精力观察景物；视角在水平30度之内是有效视野，人眼仅通过正常习惯轻松的转动眼球，就可以聚焦识别景物的信息；因此，人在集中精力观看时，左右眼所看图像重叠部分水平视角在124度、60度、30度或10度，给人产生的3D视觉差别并不大，图像重叠部水平视角只有10度，也会给人产生明显的3D视觉，但随着左右眼所看图像重叠部分水平视角的减少，人眼会感觉更舒服。

由于各种头戴式显示器水平视场角不同，相同的图像重叠宽度在不同的头戴式显示器上显示区域的水平视场角不同，3D视频播放软件应该可以对两幅有视差的图像重叠部分的宽度进行调节，或根据具体的头戴式显示器确定具体的图像重叠宽度数值；按目前市面上使用的6英寸一下手机屏头戴式显示器，作为所显示的3D视频，包括3D图像视频中显示在左眼、右眼前的两幅有视差的图像，应该是所述两幅有视差的图像中，只有在左眼前显示的图像的右侧区域，与在右眼前显示的图像的左侧区域，是有视差的相似图像区域；所述有视差的相似图像区域的左右宽度，小于或可被调节到小于所述在左（或右）眼前显示的图像的左右宽度的四分之三，相当于60度水平视场角；或调节到小于所述在左（或右）眼前显示的图像的左右宽度的二分之一，相当于40度水平视场角。

可用两个180度鱼眼摄像头模拟人眼拍摄3D视频，这两个鱼眼摄像头水平左右并排安置，其光轴平行或向内偏转小于10度，最前端镜头中心相距65毫米左右，利用声音定位，将同步拍摄的同一时刻的两幅图像中线之内的相邻部分，只保留一定宽度，确保在头戴式显示器上显示时，重叠部分的水平视场角小于60度，来得到3D视频。

可将内圆柱面图像视频或内球面全景图像视频，利用适合的3D视频播放软件，按3D显示屏结构及其分辨率，将第一条平行于显示屏列像素的线与这个显示屏左边缘所夹显示屏区域作为左眼选区，将第二条平行于显示屏列像素的线与这个显示屏右边缘所夹显示屏区域作为右眼选区，左眼选区与右眼选区左右宽度都等于这个显示屏左右宽度的N倍（0.5

所述具有裸眼3D功能的，显示屏图像显示面是凹面的头戴式显示器，是狭缝式光栅裸眼3D凹面头戴式显示器，或柱状棱镜裸眼3D凹面头戴式显示器，或左右分屏裸眼3D凹面头戴式显示器。

所述狭缝式光栅裸眼3D凹面头戴式显示器，是在所述头戴式显示器的凹面显示屏表面的全部或中间局部有一层适合的狭缝式光栅（如图15所示），这种头戴式显示器配合适合的图像视频播放软件，通过狭缝式光栅的不透明条纹的遮挡，使所述头戴式显示器佩戴者左眼看到的图像，为模拟现实场景中左眼视角应该看到的景物图像，右眼看到的图像，为模拟现实场景中右眼视角应该看到的景物图像；所述适合的狭缝式光栅是指，所述狭缝式光栅可满足佩戴者在25厘米之内观看所戴显示器显示的3D图像视频，且左右眼各只有一个接近固定的观察点，这就要求所述狭缝式光栅的每条光栅的透光狭缝部分和不透光部分的宽度之和等于130c/(65+c)毫米，c为显示屏对应列像素的宽度，每条光栅的透光狭缝部分为每条光栅宽度的0.25至0.4倍，所述狭缝式光栅到对应像素的间距，应小于等于250c/(65+c)毫米，且与对应的列像素平行。

所述柱状棱镜裸眼3D凹面头戴式显示器，是在所述头戴式显示器的凹面显示屏表面的全部或中间局部有一层适合的柱状棱镜（如图15所示），这种头戴式显示器配合适合的图像视频播放软件，通过柱状棱镜的折射，使所述头戴式显示器佩戴者左眼看到的图像，为模拟现实场景中左眼视角应该看到的景物图像，右眼看到的图像，为模拟现实场景中右眼视角应该看到的景物图像；所述适合的柱状棱镜是指，所述柱状棱镜可满足佩戴者在25厘米之内观看所戴显示器显示的3D图像视频，且左右眼各只有一个接近固定的观察点，这就要求所述柱状棱镜的光栅密度应大于每英寸161线，柱镜弧顶到对应像素的距离，即柱状棱镜厚度应小于0.3毫米，每条柱镜的宽度等于对应两条列像素宽度的和，且与对应的列像素平行。

作为具有裸眼3D功能的，显示屏图像显示面是凹面的头戴式显示器同普通平面裸眼3D显示器相比，佩戴者左右眼各只有一个接近固定的观察点，不像普通平面裸眼3D显示器那样需要满足多个立体感观察点；佩戴者眼睛观察点到正前方显示屏的距离应该小于或等于25厘米，佩戴者的有效视野是水平30度、垂直20度左右的视角，人眼可以长时间集中精力观察景物的区域视角为10度，因此，所述狭缝式光栅或柱状棱镜可只在所述凹面显示屏中间局部小范围内制作，例如水平视场角30度内或水平视场角10度内，其余部分按照二维显示，不需要整个凹面显示屏都贴有柱状棱镜或狭缝式光栅，这样可大大降低制作难度；所述狭缝式光栅裸眼3D凹面头戴式显示器中没贴狭缝式光栅的显示屏区域，可喷涂层降低亮度，使整个凹面显示屏亮度接近均匀。

有一种裸眼3D显示器，其显示屏是平面可弯曲的柔性的，表面有一层狭缝式光栅或柱状棱镜，这种狭缝式光栅或柱状棱镜适合人眼明视距离观看3D图像视频显示；这种显示屏可通过头戴支架被弯曲成凹面，并固定在佩戴者头部，所述头戴支架将所述显示屏固定在这个佩戴者可以清楚和正确观看这个显示屏显示3D图像的位置，成为头戴式裸眼3D凹面显示器。

有一种裸眼3D显示屏的制造方法，包括平面喷墨打印法或印刷法，将显示屏的像素材料通过喷墨打印机或印刷设备或印刷工具，按顺序印在支撑像素电路的平面基片上，被用来支撑显示屏像素电路的平面基片是可满足要求的透明的塑料片，完成显示屏所需的像素电路的平面印刷步骤后，再在这个显示屏的显示面的全部或中间局部（例如水平视场角30度内），对应列像素准确位置，印刷适合的狭缝式光栅或柱状棱镜，显示屏的像素阵列按正常平面显示屏的矩阵排列，这样可制成可弯曲裸眼3D显示屏，所述塑料片的厚度应满足狭缝式光栅或柱状棱镜与对应像素的间距；这种可弯曲裸眼3D显示屏可通过头戴支架被弯曲成局部的内柱面并固定在佩戴者头部，双眼正前方，使所述佩戴者可以清楚和正确观看所述显示屏显示的3D图像，成为裸眼3D凹面头戴式显示器。

有一种裸眼3D凹面显示屏的制造方法，包括：像现有技术中印刷法制造显示屏一样，将显示屏的像素电路材料通过喷墨打印机或印刷设备或印刷工具，按顺序印在支撑像素电路的平面基片上，其特征在于：用来支撑显示屏像素电路的平面基片是强度、透明度、厚度、变形性能可满足要求的塑料片，像素阵列的印刷图案是凹面显示屏所需的像素阵列图案展成平面后的图案，所述塑料片在完成显示屏所需的像素电路印刷步骤后，再在这个显示屏图像显示面的中间局部（例如水平视场角10度内），对应列像素准确位置，印刷适合的狭缝式光栅或柱状棱镜，显示面印刷的所述狭缝式光栅或柱状棱镜，与这种像素阵列的印刷图案中对应的列像素的弯曲形状对应相同，再将印刷完成的所述基片，通过弯曲和/或拉伸和/或收缩和/或扭曲等变形，变成所需的裸眼3D凹面显示屏形状，所述塑料片的厚度应满足狭缝式光栅或柱状棱镜与对应像素的间距。

印刷的所述柱状棱镜材料可选用凝结后具有一定柔性的透明度高的胶。

所述左右分屏裸眼3D凹面头戴式显示器，是在所述头戴式显示器的凹面显示屏左、右半屏之间安装一个光线挡板，配合适应的图像视频播放软件，使这种头戴式显示器佩戴者两眼看到具有一定重叠宽度的不同视角的图像视频，使所述佩戴者左眼只能看左半屏显示的图像，为模拟现实场景中左眼视角应该看到的景物图像，右眼只能看右半屏显示的图像，为模拟现实场景中右眼视角应该看到的景物图像；所述光线挡板最好是不反光的黑色的。

有一种头戴支架，所述头戴支架可被用于将可弯曲显示屏，弯曲成凹面，固定在佩戴者头部，或所述头戴支架可被用于将凹面显示屏固定在佩戴者头部；所述头戴支架可将所述显示屏固定在这个佩戴者可以清楚和正确观看这个显示屏显示图像的位置，这个显示屏与这个佩戴者眼睛之间，没有放大镜或反光镜。

这种头戴支架，还可包括一个光线挡板，所述光线挡板被安装在所述头戴支架上，将所述显示屏左、右半屏隔开，使佩戴者左眼只看到左半屏显示的图像，右眼只看到右半屏显示的图像，可将二维的显示器变成裸眼3D凹面头戴式显示器。

一种头戴式显示器，包括显示屏和头戴支架，所述显示屏是凹面显示屏，所述凹面显示屏的图像显示面是凹面，所述凹面显示屏的像素单元可被电信号控制电致自发光，所述头戴式显示器上有两个凹面显示屏，或两个以上的多个显示模块组成的两个整体的凹面显示屏，所述头戴支架将这两个凹面显示屏固定在佩戴者头部，固定在这个佩戴者可以清楚和正确观看所述凹面显示屏显示图像的位置，这两个凹面显示屏与这个佩戴者眼睛之间，没有放大镜或反光镜，佩戴者可裸眼或佩戴自己的矫正视力的眼镜观看，这两个凹面显示屏可通过软件控制组成一个整体的凹面显示屏，像一个凹面显示屏一样显示图像视频；这两个凹面显示屏也可以同时显示不同的图像视频，通过挡板将左、右凹面显示屏隔开，使佩戴者左眼只可以看到左凹面显示屏显示的图像视频，右眼只可以看到右凹面显示屏显示的图像视频，通过同时播放有视差的图像视频，使这个佩戴者产生立体视觉。

以上所述头戴式显示器的电路板上安装有：电源线插口，用于给显示器供电；和HDMI插口和/或其它信号线插口，用于与计算机或其它具有图像、视频播放功能的设备连接，在所述头戴式显示器上显示所播放的图像、视频；和耳机插口。

所述头戴式显示器可被用于连接计算机或硬盘录像机，再连接摄像头，或通过有线网络和/或无线网络连接具有计算机功能的设备和摄像头，在所述头戴式显示器上显示所连接的摄像头拍摄的实时的图像视频，或这个计算机或硬盘录像机录制的图像视频；所述摄像头可以是固定位置摄像头，也可以是移动中的摄像头。

为了所述头戴式显示器播放带有感觉效果的动感电影或动感游戏，所述头戴式显示器还包括场景特效装置。

所述场景特效装置包括：风管喷口、高压气管喷口、气味管喷口、水雾管喷口或喷口摆动装置，或对佩戴者皮肤产生碰或压或划的气动或电动装置。

所述场景特效装置，被安装在这个头戴式显示器上，和/或这个头戴式显示器佩戴者身体表面的指定位置。

在这个头戴式显示器播放带有感觉效果的动感电影或动感游戏视频时，所述场景特效装置，按影视场景的需要，使这个头戴式显示器佩戴者产生风吹、气流、气味、水雾、碰撞、压力、划擦的感觉。

上述各个部件连接方式为：所述头戴式显示器通过信号线（如HDMI线）与计算机连接，耳机插入计算机耳机插孔或这个显示器电路板的耳机插孔。

所述风管喷口通过风管连接鼓风机或电吹风的排风口。

所述高压气管喷口通过高压气管、电磁阀、高压气总管连接空压机。

所述气味管喷口通过高压气管、气味瓶、电磁阀、高压气总管连接空压机；也可以通过电磁铁按压气味瓶，将气味喷入所述风管，随风吹进这个显示器佩戴者鼻孔。

所述水雾管喷口很细小，高压水喷出就变成水雾，所述水雾管喷口通过高压气管、储水瓶、电磁阀、高压气总管连接空压机。

所述喷口摆动装置可使喷口朝向场景特效要求的方向摆动，所述喷口摆动装置是微型舵机，或由刹车线传递气压活塞杆或电动推拉杆或电机轴带动的摇臂或电磁铁推拉杆的位移的装置，所述气压活塞杆通过高压气管、电磁阀、高压气总管连接空压机；计算机根据视频场景的需要，通过信号线（如485线或232线）将场景特效信号传递给场景特效控制电路模块，控制所述喷口摆动装置的电源线通或断，使其产生位移动作，实现所带动高压气管喷口的偏转摆动，配合这个高压气管的电磁阀接通高压气管喷口喷气，实现喷气的摆动；所述刹车线功能如同自行车刹车线，刹车线内钢丝可将一端的力或位移传递到另一端。

所述对佩戴者皮肤产生碰或压或划的气动装置包括：气压活塞杆、气囊或在气压和复位力（如弹力）的作用下可在气管喷口往复移动的气盖（即这个气管喷口的盖子），所述气动装置通过高压气管、电磁阀、高压气总管连接空压机。

所述对佩戴者皮肤产生碰或压或划的电动装置包括：微型舵机、电动推拉杆、安全电脉冲电极、电机轴带动的摇臂或电磁铁推拉杆。

计算机通过信号线（如485线或232线）实时发送动感电影或动感游戏动作信号给场景特效控制电路模块，来控制所述电磁阀、电动装置和鼓风机或电吹风的电源线接通或断开，使得相应的设备产生吹风、喷气或碰撞等动作。

所述风管喷口使风吹到佩戴者脸部或其它皮肤裸露部位，或使风先吹入凹面显示屏，再从凹面显示屏返回到佩戴者脸部；所述气味管喷口可将气味喷向佩戴者鼻孔。

高压气管分支上可以安装调压阀，以便设定高压气喷出的压力。

所述高压气管喷口喷出的气流也可以模拟风。

所述空压机、电磁阀、储水瓶、气味瓶、鼓风机、电磁铁、场景特效控制电路模块，被安置在头戴式显示器佩戴者身体以外，或选用相同功能的小型装置穿戴在头戴式显示器佩戴者身体上；所述空压机可选用装有压缩气体的小型高压气瓶代替。

带有所述场景特效装置的所述头戴式显示器连接计算机，可播放计算机存储的带有感觉效果的动感电影或游戏视频，或通过计算机网络传来的带有感觉效果的动感电影或游戏视频，或通过计算机网络传来的，游戏或对话的另一方操控的，使这个头戴式显示器佩戴者身体有感觉效果的视频。

为了增加所述头戴式显示器的识别能力和人机交互性能，所述头戴式显示器还可安装传感器。

所述传感器通过信号线（如USB线）连接计算机，将感应信号通过计算机按相应程序，改变所述头戴式显示器显示的图像视频内容。

所述传感器是被安装在：所述头戴式显示器的固定部位和固定方向上，或这个头戴式显示器佩戴者身体的固定部位和固定方向上，或场景道具的固定部位和固定方向上。

所述传感器包括加速度传感器、磁场传感器、陀螺仪、重力传感器、光电传感器、指纹传感器、人脸识别传感器、虹膜识别传感器、眼球识别传感器、眼球追踪传感器、手势识别传感器、气压传感器、GPS、温度传感器、脉搏心率传感器、血压传感器、血氧传感器、声音传感器或摄像头。

在体验虚拟现实游戏时，不需要键盘和鼠标，头戴式显示器佩戴者只需要移动或转动身体的某一部位或游戏道具的某一部位，这些部位相应的传感器便将感应信号传递给计算机，来控制这个头戴式显示器显示的游戏场景的变化，所述加速度传感器可控制游戏中人物的加速和减速，所述磁场传感器可控制游戏中人物的移动方向，所述陀螺仪可控制佩戴者转头时变换的虚拟场景，或佩戴者身体其它部位或游戏道具在虚拟场景中的转动，所述重力传感器可使虚拟场景中的物体，符合现实重力作用下的物理运动。

所述光电传感器被安置在：所述头戴式显示器的固定部位和固定方向上，或这个头戴式显示器佩戴者身体的固定部位和固定方向上，或场景道具的固定部位和固定方向上，使得光电传感器只能接收各自固定方向的光，而产生电信号并传递给计算机；当某一时刻，至少两个已知距离的固定位置发出的，已知该时刻方向的光线，照射到某一固定方向的光电传感器时，这个光电传感器便将电信号以及自己的安装位置地址发给计算机，经计算就可得出此刻这个光电传感器的位置和方向；头戴式凹面显示器佩戴者身体多个部位受到光照的光电传感器，将电信号以及自己的安装位置地址发给计算机，经计算就可得出此刻这个佩戴者身体的空间位置和形状，并映射到这个头戴式显示器所显示的虚拟场景的人物身上，实现虚拟与现实的交互。

也可将这个佩戴者肢体动作感应信号，通过网络传递给另一端计算机控制的能产生相应感觉的装置，进行网络视频感觉交流。

所述指纹传感器、人脸识别传感器、虹膜识别传感器、眼球识别传感器，可将人体的某一部位特征保存、对比，用于头戴式显示器某种操作的身份识别、网络支付。

所述气压传感器、GPS可以确定所述头戴式显示器显示的地图中佩戴者所在地图上的位置，以便各种服务的位置寻找。

所述眼球追踪传感器，可通过计算机根据佩戴者眼球运动状态，预测所述佩戴者心理或需求，并进行响应，达到眼睛控制头戴式显示器显示内容的目的。

所述手势识别传感器，可通过佩戴者手部的运动和形状，实现控制头戴式显示器显示内容的目的。

所述温度传感器、脉搏心率传感器、血压传感器、血氧传感器，可将所述佩戴者的体温、脉搏心率、血压、血氧等生理信息感应出来，显示在头戴式显示器的显示屏上，并通过网络传递到医生的显示屏上，用于远程医疗或生理监控的参考数据；或作为虚拟游戏人物的身体生理数据。

所述摄像头、声音传感器可对景物录像录音，并显示在头戴式显示器的显示屏上和耳机里；所述声音传感器也可以采集所述佩戴者的声音用于头戴式显示器的输入或操作。

所述头戴式显示器还可包括计算机功能模块；所述计算机功能模块通过它的通信单元可与互联网连接，可以是有线网络连接或无线网络连接。

所述头戴式显示器佩戴者通过输入设备的操作，将所述计算机功能模块存储单元内的或互联网传输来的图像、视频，显示在这个头戴式显示器的显示屏上。

所述计算机功能模块在这个头戴式显示器内，或穿戴在这个显示器佩戴者身上，或放置在这个显示器佩戴者身体以外。

所述包括计算机功能模块的头戴式显示器还可包括移动通信模块，所述移动通信模块可连接智能手机移动通信网络，佩戴者可通过相应的操作，将其它在移动通信网络中使用的智能终端发来的图像、视频信息，或在互联网搜索到的图像、视频信息，显示在这个头戴式显示器的显示屏上。

目前在移动物体上拍摄第一视角全景视频的方法，是将全景视频摄像机固定在这个移动物体上。

例如拍摄坐在行驶中的过山车上的视频时，是将全景视频摄像机固定在这个过山车上，全景视频摄像机中的每一个摄像头的拍摄方向与这节过山车的方位固定，即朝向这节过山车前进方向的摄像头始终朝向其前进方向，过山车向南转，这个摄像头的拍摄方向向南转，过山车向下转，这个摄像头的拍摄方向向下转。

再例如，以运动员自身的视角，拍摄速降滑雪或山地越野摩托车比赛，全景视频摄像机固定在这个运动员头顶，这个运动员头向东转，这个全景视频摄像机中朝向前进方向的摄像头拍摄方向向东转，这个运动员头向西转，这个全景视频摄像机中朝向前进方向的摄像头拍摄方向向西转。

这样拍摄的全景视频，通过全景视频播放软件，在显示器上显示时，如果显示屏的中部显示的是这段全景视频开始时的前进方向，那么无论前进方向如何转动，这个显示屏的中部会一直显示这段全景视频的前进方向，不用通过鼠标、键盘或陀螺仪移动显示的画面；如果用头戴式显示器显示时，佩戴者的头不需要转动，眼前始终是前进方向的视频场景，即佩戴者一直面向前进的方向，如果转动头，画面会偏离前进的方向；佩戴者没有转头，前进方向却发生变化，这样的视频没有方向的感觉，无法通过头戴式显示器佩戴者转头，或通过动感座椅转动身体，或通过鼠标、键盘或陀螺仪的移动显示前进方向的画面，这样就使得视频失去了真实的临场感，也不能作为在虚拟场景中各个方向移动的游戏视频。

正确的方法应该是，在安装全景视频摄像机的移动物体上（例如过山车车厢、运动员头顶、航拍飞行器、被移动的相机支架或吊架），安装一个恒向支架，在理想的情况下，这个恒向支架在这个移动物体多方向转动移动时，保持这个全景摄像机的每一个摄像头的拍摄方向，相对于上、下、南、北、东或西方向始终不变，不随所述物体移动方向的转动而转动，即全景摄像机中的摄像头拍摄方向向南的始终向南，向东的始终向东，向下的始终向下，无论所述移动物体如何转动或移动，这个全景摄像机中的每一个摄像头的拍摄方向只是随着这个移动物体在平移，没有转动，这样所拍摄的视频，通过头戴式显示器观看时，佩戴者需要转头，或由动感座椅带动，转动身体转头，才能朝向前进方向，即佩戴者转头由陀螺仪将所转方向的场景显示在眼前，才可以随着视频场景上下左右转动，体现出真实的临场感。

这样将全景摄像机安装在一个物体上，所述物体在多方向转动移动时连续拍摄的一段全景视频，通过全景视频播放软件，在普通平面显示器上显示时，随着所述全景视频的播放，在没有经过鼠标、键盘或陀螺仪等工具移动所显示画面的情况下，随着所述物体在场景中前进方向的转动，显示的画面中所述物体前进方向也相对于显示屏转动；当所述全景视频中前进方向左转时，显示的场景向右平移，当前进方向下转时，显示的场景向上平移，只有通过鼠标、键盘或陀螺仪等工具移动画面，才能将画面转到前进的方向。

这样拍摄的全景视频，通过带有陀螺仪功能的头戴式显示器显示时，只有通过转头才能跟随所述物体前进的方向；场景中的山、建筑等固定物只是随着这个全景摄像机的移动而反向平移，没有转动，这样这个头戴式显示器佩戴者会感觉，所述山、建筑等固定物是静止不动的，大脑会自然的将所述固定物作为自己移动的参考，经过长时间进化，人类的各种感觉器官是高度协调合作的，而且非常敏感，人内耳中的前庭器负责感受身体的平衡；如果视频中前进方向的转动，不需要这个头戴式显示器佩戴者同步转头，或配合不准确，所述佩戴者会感觉视频场景是假的，这时如果视频中场景转向频繁，佩戴者会容易眩晕，这也是目前固定前进方向拍摄的视频和通过3D软件粗糙制作的视频产生眩晕的原因。

所述恒向支架可以是陀螺仪控制的恒向支架，或利用磁场或液体悬浮的恒向支架，或将全景摄像机吊在一根可自由转动的细线上，并给全景摄像机增加配重，来增加拍摄方向的稳定性。

由于实际拍摄中，所述恒向支架的稳定性、摄像机的摆动，摄像机不可能保持绝对恒向；所述恒向支架只是被用于减少所述全景摄像机的各个摄像头的拍摄方向，相对于上、下、南、北、东或西方向的摆动；所述全景视频摄像机的每一个摄像头的拍摄方向，摆动角度越小视频场景的方向感越接近现实，可以舒适的长时间观看，作为在虚拟场景中各个方向移动的游戏视频，通过用恒向支架实景拍摄的全景图像视频，真实感、方向感强，可增加所述头戴式显示器显示场景的临场感、沉浸感。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。

为解决背景技术所述问题，本发明提供的头戴式显示器，包括显示屏和头戴支架；所述显示屏的图像显示面是凹面形状的；所述头戴支架用于使佩戴者眼睛观察点，到正前方所述图像显示面的距离，至少等于明视距离；并使所述佩戴者眼睛在所述观察点处，视野中心在所述图像显示面的中部；所述显示屏被配置为将现有技术中常用的内圆柱面图像视频、内球面全景图像视频或鱼眼图像视频，在平面显示屏中显示为桶形畸变的画面，显示在所述凹面形状的所述图像显示面上，只显示所述视频每一帧图像的一个局部，用于使所述佩戴者眼睛在所述观察点处观看所述画面。所述佩戴者会看到立体空间中如同真实场景在自己周围，具有较强的临场感、沉浸感；由于显示屏与佩戴者眼睛之间没有放大镜或反光镜，佩戴者双眼观看同一个画面，可以轻松转动眼球，观看不同方向的场景，符合人眼的正常观察习惯，观看两个小时的视频，眼睛不会产生难受的感觉，更不会使佩戴者眼睛胀痛，可大大促进虚拟现实和影视游戏产业的发展，可使所述头戴式显示器厂家或视频经营者获得丰厚的利润。为获得具有上述有益效果的头戴式显示器，还可以通过本发明的头戴支架，将可弯曲显示屏的图像显示面固定成凹面形状，这可大大降低图像显示面是凹面的头戴式显示器的制造难度。

附图说明

图1是本发明头戴式显示器的一个实施例的结构示意图。

图2是佩戴者眼睛在局部内球面凹面显示屏上的水平视野分布图。

图3是佩戴者眼睛在局部内球面凹面显示屏上的垂直视野分布图。

图4是本发明头戴式显示器的凹面显示屏图像显示面的形状举例的示意图。

图5是本发明头戴式显示器的局部内圆柱面凹面显示屏像素阵列结构的示意图。

图6是局部内球面凹面显示屏适合显示鱼眼图像视频的像素阵列结构的示意图。

图7是局部内球面凹面显示屏如同地球仪的经纬线排列的像素阵列结构的示意图。

图8是局部内球面凹面显示屏的扫描线或数据线的电极与驱动器的接口电路结构的一个实施例的示意图。

图9是图8的详解图。

图10是本发明制造凹面显示屏一种方法的示意图。

图11是本发明制造凹面显示屏另一种方法的示意图。

图12是本发明制造凹面显示屏再一种方法的示意图。

图13是本发明头戴式显示器与场景特效装置和传感器组合的一个实施例的示意图。

图14是本发明头戴式显示器中硬质遮光罩的示意图。

图15是本发明头戴式显示器所显示的3D视频的左右眼图像视野分布示意图。

图16是一种头戴支架的实施例的结构示意图。

图17是全景视频摄像机被安装在恒向支架上的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明；可以理解的是，以下所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定；为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分，而非全部结构。

本发明头戴式显示器的一个实施例的结构如下。

图1是本发明头戴式显示器的一个实施例的结构示意图，所述头戴式显示器包括凹面显示屏101和头戴支架102，头戴支架102包括显示屏外壳103、支架前顶板104、支架上顶板105和支架固定带106，显示屏外壳103是保护层，保护显示屏，并使显示屏保持正确的凹面形状；支架固定带106将头戴支架102固定在佩戴者头部，挡住佩戴者耳朵，阻挡外界声音，使耳机不容易脱落，使佩戴者眼睛观察点到正前方显示屏图像显示面的距离为明视距离，凹面显示屏101与佩戴者眼睛之间，没有放大镜或反光镜。

图2是佩戴者眼睛在局部内球面凹面显示屏上的水平视野分布图，设这个凹面显示屏图像显示面的局部内球面球心为Z点，佩戴者右眼观察点设为X点，佩戴者左眼观察点设为Y点，点X、Y连线的中心点在Z点上，佩戴者双眼对称于这个局部内球面图像显示面的左右对称面r（图中的点划线），过球心Z点垂直于对称面r的水平面，与对称面r在局部内球面上的交点O是视野中心，所述佩戴者眼睛在所述观察点处，视野中心在所述显示屏图像显示面的中部；人眼在可视范围内，从视野中心O点向外扩展，角BXC等于10度，BC段是水平视野敏感区，角AXD等于30度，AD段是水平有效视野；角GXE等于100度，视野GA段和DE段是水平感应视野，角 HXF等于200度，视野HG段和EF段是水平辅助视野。

图3是佩戴者眼睛在局部内球面凹面显示屏上的垂直视野分布图，上述过球心Z点垂直于对称面r的水平面设为a（图中的点划线），角MYN等于20度（角MYO等于8度，角OYN等于12度）， 视野MN段是垂直有效视野；角PYR等于85度，视野PM段和NR段是垂直感应视野；角QYS等于135度，视野QP段和RS段是垂直辅助视野。

所述头戴式显示器的凹面显示屏图像显示面的形状有很多种，如下是所述凹面显示屏图像显示面形状的举例的示意图，如图4所示。

没有折点或折线的凹面，例如局部抛物面，如图4中A图所示，局部内球面，如图4中B图所示。

由平面显示屏左右两侧向这个显示屏图像显示侧弧形弯曲形成的凹面，例如由平面显示屏左右弯向其图像显示侧，弯成局部内圆柱面，如图4中E图所示。

由平面显示屏左右两侧向这个显示屏图像显示侧弯曲，并且这个显示屏的至少一个角也向这个角所在部位的图像显示侧弯曲，而形成的凹面，如图4中F图是局部内圆柱面的两个角也向显示侧弯曲形成的凹面。

有折点或折线的凹面，例如多面体内表面，如图4中C图所示，圆台内表面，如图4中D图所示。

图4中箭头所指方向，为所述佩戴者观看图像的方向。

由平面显示屏左右弯向其显示侧，弯成局部内圆柱面的凹面显示屏，其像素阵列结构的示意图如图5所示，其像素阵列结构的主视图如图5中A图所示，一个行像素（如501所示）是一段横线，一个列像素（如502所示）是一段竖线；其像素阵列结构的俯视如图5中C图所示，所述行像素（如501所示）是一段圆弧，所述列像素是这段圆弧上的点；其像素阵列结构的侧视图如图5中B图所示，所述行像素（如501所示）是一段横线，所述列像素（如502所示）是一段竖线。

用来显示鱼眼图像视频（单个鱼眼镜头摄像机拍摄的图像视频的），所述局部内球面凹面显示屏，其像素阵列结构的示意图如图6所示，其主视图如图6中A图所示，一个行像素（如601所示）是一段横线，一个列像素（如602所示）是一段竖线；其像素阵列结构的俯视图如图6中C图所示，所述行像素（如601所示）是平行的同心圆的一段圆弧，所述列像素（如602所示）是一段竖线；其像素阵列结构的侧视图如图6中B图所示，所述行像素（如601所示）是一段横线，所述列像素（如602所示）是平行的同心圆的一段圆弧。

用来显示内球面全景图像视频的，所述局部内球面凹面显示屏，其像素阵列结构如同地球仪的经纬线排列，如图7所示，一个行像素（如701所示）的结构，如同地球仪的一段纬线，一个列像素（如702、703或704所示）的结构，如同地球仪的一段经线，由于内球面图像显示面上下两侧方向的面积逐渐变窄，列像素逐渐靠拢，因此，为避免列像素重叠，在像素阵列结构设计时，列像素也按一定规律在内球面上下两侧逐渐隔列均匀剪短，使得所述列像素长度不同，隔列较短，如列像素703、704。

以所述局部内球面凹面显示屏为例，从显示屏背面看显示屏时，其像素电极与驱动器接口电路结构的一个实施例的示意图，如图8所示，其主视图如图8中A图所示，行扫描线电极与行驱动器电路的接口801在像素阵列的左右两侧呈弧形，列数据线电极与列驱动器电路的接口802在列数据线中部；其俯视图如图8中C图所示，行扫描线电极与行驱动器电路的接口801在像素阵列的左右两侧，列数据线电极与列驱动器电路的接口802在列数据线中部呈弧形；其侧视图如图8中B图所示，行扫描线电极与行驱动器电路的接口801在像素阵列的边缘，列数据线电极与列驱动器电路的接口802在列数据线中部；如图8的详解图9所示，行像素903为水平线，行扫描线电极与行驱动器电路的接口801在像素阵列的边缘，行像素903的两头，列像素904为平行的同心圆的圆弧，列数据线电极与列驱动器电路的接口802在列像素904和列数据线中部。

本发明头戴式显示器的凹面显示屏的制造方法实施例如下。

所述凹面显示屏的制造方法有多种，以局部内球面凹面显示屏为例，一种方法如图10所示，利用适合的喷墨打印机，通过使透明的局部球面形状的基片1001绕着其几何旋转轴（图中的点划线）转动，喷墨打印机的喷嘴1002按设定好的步进程序，将显示屏的像素电路材料按顺序喷在基片1001的球外表面上，基片1001的内球面是凹面显示屏的图像显示面，基片1001沿着A方向每转一周，喷嘴1002向B方向移动一个单趟打印宽度，全部打印完成后，再经过其它工序完成凹面显示屏制造。

另一种方法如图11所示：（1）将显示屏的像素电路凹面图案的平面展开图AB，通过喷墨打印机或印刷设备或印刷工具1102，印在平面基片透明塑料片1101上；（2）印有显示屏像素电路的塑料片1103，通过模具1104，再被变形处理；（3）变成所需的凹面显示屏形状1105，1105的内球面是凹面显示屏的图像显示面，再经过其它工序完成凹面显示屏制造。

再一种方法如图12所示：（1）将显示屏的像素电路凹面图案AB的平面展开图的反面，通过喷墨打印机或印刷设备或印刷工具1202，印在液体披覆转印膜1201上；（2）将印有所述凹面图案AB的平面展开图反面的液体披覆转印膜1201，放入只溶解这种转印膜1201而不溶解显示屏像素电路材料的液体1203中，等液体披覆转印膜1201溶解后，将局部内球面凹面显示屏的透明凹面基片1205的背面，表面涂适合的粘合剂后，对准位置将液体1203表面的显示屏像素电路材料图案，压入液体1203；（3）使这个显示屏像素电路凹面图案AB，正面披覆在凹面显示屏透明基片1205的背面，1205的内球面是凹面显示屏的图像显示面，再经过其它工序完成凹面显示屏制造；披覆用的液体1203必须不溶解AB的印刷材料和所述凹面显示屏透明凹面基片1205。

本发明头戴式显示器与场景特效装置和传感器组合的一个实施例如下。

图13是所述头戴式显示器与所述场景特效装置和所述传感器组合的一个实施例的示意图，在头戴式显示器外壳1303上，安装有手势识别传感器1311，佩戴者可利用手势改变显示屏上的画面，摄像头1312可拍摄实景的画面融入虚拟的场景，加速度传感器1313使移动的物体符合实际运动规律，光电传感器1315通过其定位系统显示佩戴者的姿态；在头戴支架1302内安装陀螺仪1314，可使显示屏显示佩戴者所朝向方向的虚拟场景，风管喷口1316根据显示视频场景的需要，吹出的风经凹面显示屏1301返回到佩戴者脸部；在支架前顶板1304处安装有高压气管喷口1318，气盖1319，根据显示屏显示视频场景的需要，高压气经高压气管1317高压气管喷口1318吹佩戴者额头，或通过气盖1319碰撞佩戴者额头；支架固定带1306将头戴支架1302固定在佩戴者头部，挡住佩戴者耳朵，阻挡外界声音，使耳机1307不容易脱落；支架上顶板1305内安装有显示器电路板，这样可减少显示屏的重量。

本发明头戴式显示器遮光罩结构的一个实施例如下。

所述遮光罩可以是柔性的，可将如图1所示的显示器与佩戴者头用遮光布包裹，只是在这个佩戴者脖子处有透气的空隙；所述遮光罩也可以是硬质的壳体，可将如图1所示显示器的显示屏外壳103在佩戴者脸一侧加一个硬质遮光罩，如图14中所示的硬质遮光罩1401，硬质遮光罩1401与显示屏外壳103固定在一起，形成一个接近半球形硬质的壳体，所述壳体内底部是凹面显示屏101，硬质遮光罩1401中部有一个适合佩戴者脸型的口，所述口的上边缘有一个与佩戴者额头接触的额头接触面1402，在额头接触面1402上有柔软的衬垫，如果硬质遮光罩1401的口为了通风无法密封，则可再用柔性遮光布配合遮光。

本发明头戴式显示器所显示的3D视频的左右眼图像视野分布实施例如下。

以图2中佩戴者眼睛在局部内球面凹面显示屏上的水平视野分布为例，阐述3D图像视频中左右排列裸眼显示在左眼、右眼前的两幅有视差的图像，在狭缝式光栅或柱状棱镜裸眼3D凹面显示器的显示屏上的视野分布。

如图15所示，左眼图像（显示在左眼前的图像视野区）为弧HGJABC段，同时右眼图像（显示在右眼前的图像视野区）为弧BCDKEF段，两段中只有BC段是有视差的相似图像，角BXC等于10度，BC段弧长小于HGJABC段或BCDKEF段弧长的四分之三，裸眼3D凹面显示器的显示屏，只需在BC段列像素上覆盖有狭缝式光栅或柱状棱镜即可；左眼图像为弧HGJABCD段，同时右眼图像为弧ABCDKEF段，两段中只有ABCD段是有视差的相似图像，角AXD等于30度，ABCD段弧长小于HGJABCD段或ABCDKEF段弧长的四分之三，裸眼3D凹面显示器的显示屏，只需在ABCD段列像素上覆盖有狭缝式光栅或柱状棱镜即可；左眼图像为弧HGJABCDK段，同时右眼图像为弧JABCDKEF段，两段中只有JABCDK段是有视差的相似图像，角JXK等于60度，JABCDK段弧长小于HGJABCDK段或JABCDKEF段弧长的四分之三，裸眼3D凹面显示器的显示屏，只需在JABCDK段列像素上覆盖有狭缝式光栅或柱状棱镜即可。

如图14所示，狭缝式光栅或柱状棱镜1411只在凹面显示屏101中间局部列像素上覆盖。

所述左右分屏裸眼3D凹面显示器，是在所述头戴式显示器的凹面显示屏左右对称面r上，如图15所示的O点Z点之间，安装一个光线挡板，配合适应的图像视频播放软件，使这种头戴式裸眼3D凹面显示器佩戴者两眼看到具有一定重叠宽度的不同视角的图像视频，左眼只能看到HO段显示屏显示的图像，右眼只能看到OF段显示屏显示的图像，视频的HGJABC段图像显示在HO段显示屏上，视频的BCDKEF段图像显示在OF段显示屏上，两段中只有BC段是有视差的相似图像；视频的HGJABCD段图像显示在HO段显示屏上，视频的ABCDKEF段图像显示在OF段显示屏上，两段中只有ABCD段是有视差的相似图像；视频的HGJABCDK段图像显示在HO段显示屏上，视频的JABCDKEF段图像显示在OF段显示屏上，两段中只有JABCDK段是有视差的相似图像。

图16是一种头戴支架的实施例的结构示意图，所述头戴支架包括显示屏固定部1601、支撑部1603、头戴部1602；显示屏固定部1601将可弯曲显示屏1610的图像显示面固定成凹面形状，并通过头戴部1602固定在佩戴者头部，使所述佩戴者眼睛在观察点处，视野中心在所述图像显示面的中部，支撑部1603使显示屏1610保持在佩戴者可以清楚和正确观看这个显示屏1610显示图像的位置，即，所述观察点到正前方所述图像显示面的距离至少等于明视距离。

本发明头戴式显示器所显示的全景视频在拍摄时，全景视频摄像机安装在恒向支架上的实施例如下。

图17是全景视频摄像机被安装在恒向支架上的结构示意图，全景视频摄像机1710被固定在恒向支架的第一伺服电机1701的转轴上，第一伺服电机1701的转轴轴线指向全景视频摄像机1710的中心，第二伺服电机1702的转轴与第一伺服电机1701的转轴垂直，并与第一伺服电机1701的机身固定，第三伺服电机1703的转轴与第二伺服电机1702的转轴垂直，并与第二伺服电机1702的机身固定，支撑杆1704与第三伺服电机1703的转轴垂直，并与第三伺服电机1703的机身固定，另一端与移动物体1705固定，陀螺仪安装在全景视频摄像机1710的中心，并通过无线信号控制这三个伺服电机的转动，这三个伺服电机和全景视频摄像机1710通过各自的电池供电。

当移动物体1705变换移动方向时，支撑杆1704就会转动或摆动，通过陀螺仪控制这三个伺服电机转轴的旋转，就可以使全景视频摄像机1710的各个摄像头拍摄方向，相对于上、下、南、北、东或西方向的摆动减少。

工业实用性。

如上文所述，本发明的头戴式显示器、显示屏、头戴支架和场景特效装置，可产业化批量制造，用于虚拟现实、游戏、影视、新闻、监控以及网络的购物、医疗、会议、对话等产业；有利于虚拟现实、影视游戏产业的发展。

附图标记说明。

101、1301：凹面显示屏 102、1302：头戴支架 103、1303：显示屏外壳。

104、1304 ：支架前顶板 105、1305：支架上顶板 106、1306：支架固定带。

501、601、701、903：行像素 502、602、702、703、704、904：列像素。

801：行扫描线电极与行驱动器电路的接口 1001、1101：基片。

802：列数据线电极与列驱动器电路的接口 1002：喷嘴 1102、1202：喷墨打印机或印刷设备或印刷工具。

1103：印有显示屏像素电路的塑料片 1104：模具 1105：凹面显示屏片。

1201：液体披覆转印膜 1203：液体 1205：凹面显示屏透明基片。

1311：手势识别传感器 1312：摄像头 1313：加速度传感器。

1314：陀螺仪 1315：光电传感器 1316：风管喷口。

1317：高压气管 1318：高压气管喷口 1319：气盖。

1307：耳机 1401：硬质遮光罩 1402：额头接触面。

1411：狭缝式光栅或柱状棱镜 1601：显示屏固定部 1602：头戴部。

1603：支撑部 1610：可弯曲显示屏。

1701：第一伺服电机 1702：第二伺服电机 1703：第三伺服电机。

1704：支撑杆 1705：移动物体 1710：全景视频摄像机。