關于三維立體偏振眼鏡

文 林眉德 張翠芳 張佳偉 李晨

2009年，《阿凡達》一舉創下了高不可攀的票房神話，將3D電影推向了一個新的發展紀元，中國的3D電影自此成井噴式發展，每年年產量基本維持在10部左右，2018年突破20部。在全球電影票房下滑的背景下，2017年至2019年，我國3D電影票房增速約為10%。目前，中國電影市場穩居世界第二，僅次于美國。

隨著3D影像制作技術的發展，《流浪星球》《戰狼》等大量優質3D電影的相繼推出，觀影人數急劇增加。2021年中國銀幕總數達到80743塊，其中3D銀幕數占比為85%，約68631塊。3D顯示技術（3D電影、3D電視等）現已成為屏幕顯示技術的最主要趨勢，3D眼鏡的需求也呈爆發式增長。

1 3D眼鏡的分類

2012年，國內3D眼鏡需求量約為3000萬副，而到2015年需求量已突破1億副。早期市場上存在的3D眼鏡有——色差式3D眼鏡、快門式3D眼鏡以及偏光式3D眼鏡。

色差式技術難度和成本都較低，但由于畫質較差，已經被市場淘汰；快門式則成本較高，這也成為其推廣的最大制約；而偏光式在成本較低的同時，畫質效果較好，目前市場上各大影院基本都采用偏光式3D眼鏡。

2 三維立體偏振眼鏡觀影原理

三維立體電影偏振技術是利用光偏振的原理，在播放3D電影時，需要兩臺放映機并列，中間間距相當于人的兩眼間距。左邊一臺放映機前加入一塊X方向的偏振片，右邊一臺加入Y方向的偏振片。兩臺放映機分別將兩組畫面以幾厘米的偏差打在屏幕上（如圖1所示），觀眾如果不佩戴3D眼鏡，看屏幕時會產生重影，模糊一片。當戴上有偏振片的眼鏡后，偏振方向和放映機偏振片的方向相同，即左眼鏡片和左放映機偏振方向相同，右眼鏡片和右放映機偏振方向相同。此時，左眼的鏡片會完全濾掉右側放映機播放的畫面，而右眼的鏡片則完全濾掉左放映機的畫面，觀眾的大腦就能接收到一個立體的影像。這就是早前采用線偏振光技術的偏振眼鏡，也被稱為線偏振眼鏡。

圖1 3D電影播放原理

線偏振眼鏡有一個非常大的缺點，就是必須保持眼鏡始終處于水平狀態，如果略有偏轉，左右眼就會看到明顯的重影，所以觀眾在觀看時要坐得筆直才能夠看到立體的影像。另外，這種眼鏡的可視范圍也有很大的局限。

圓偏振眼鏡是在線偏振眼鏡的基礎上發展而來，其原理就是在偏振片前增加一個1/4波片，使放映機發射出的線偏光變成圓偏振光。由于圓偏光相互之間的串擾非常小，它的通光特性和阻光特性基本不受旋轉角度的影響，因此對于觀眾觀看的姿勢和可視角度都沒有嚴格的限制。

3 如何測評3D偏振眼鏡

在國際上，三維立體偏振眼鏡還沒有相應的標準，但在我國有一個行業標準QB/T 4735-2014《三維立體偏振眼鏡》對3D偏振眼鏡進行了規范。該標準從鏡片光學性能、材料性能、物理性能等方面對三維立體偏振眼鏡提出了要求，其中最核心的指標就是相位差（標準中稱為位相差）和貼合角度。相位差是指1/4波片的特征指標，貼合角度是指1/4波片的快慢軸和偏振片的偏振軸位的夾角。

標準要求樣品中波片的相位差為（125±5）nm，貼合角度為（45±5）度，但對如何檢測相位差和貼合角度沒有提出明確的檢測方法，對檢測設備也沒有具體的要求。相位差的檢測大多采用偏振干涉的原理，如圖2所示，樣品置于兩偏振器P1和P2之間，單色光垂直入射測量系統，通過P1后變成線偏振光，經過樣品后產生的相位差：

圖2 相位差檢測原理圖

在此式中，h為波片厚度，n2、n1為波片在快慢軸方向的折射率。

根據偏振干涉原理，可以得到：

圖2中，P1為起偏器，P2為檢偏器。

由于樣品是波片和偏振片的組合，檢測時旋轉檢偏器使光強極大，這時起偏和檢偏呈平行狀態。放入樣品并旋轉使光強達到極大，此時起偏器的透光軸和樣品上偏光板的透光軸應該一致。隨后再旋轉檢偏器，可以得到光強和的曲線分布圖，通過曲線圖便可計算出3D偏振眼鏡的貼合角度和相位差。

隨著3D市場的發展，消費者開始關注3D觀影效果，3D電影的效果不僅與3D顯示屏的優劣息息相關，3D偏振眼鏡的質量也起著舉足輕重的作用。想要提升3D偏振眼鏡的質量，需要企業從材料、工藝、質控等各個方面進行控制，也需要技術部門制定科學合理的產品標準。