關(guān)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(dá)》一舉創(chuàng)下了高不可攀的票房神話，將3D電影推向了一個(gè)新的發(fā)展紀(jì)元，中國的3D電影自此成井噴式發(fā)展，每年年產(chǎn)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(wěn)居世界第二，僅次于美國。

隨著3D影像制作技術(shù)的發(fā)展，《流浪星球》《戰(zhàn)狼》等大量優(yōu)質(zhì)3D電影的相繼推出，觀影人數(shù)急劇增加。2021年中國銀幕總數(shù)達(dá)到80743塊，其中3D銀幕數(shù)占比為85%，約68631塊。3D顯示技術(shù)（3D電影、3D電視等）現(xiàn)已成為屏幕顯示技術(shù)的最主要趨勢，3D眼鏡的需求也呈爆發(fā)式增長。

1 3D眼鏡的分類

2012年，國內(nèi)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(shù)難度和成本都較低，但由于畫質(zhì)較差，已經(jīng)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(shí)，畫質(zhì)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(shù)是利用光偏振的原理，在播放3D電影時(shí)，需要兩臺(tái)放映機(jī)并列，中間間距相當(dāng)于人的兩眼間距。左邊一臺(tái)放映機(jī)前加入一塊X方向的偏振片，右邊一臺(tái)加入Y方向的偏振片。兩臺(tái)放映機(jī)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(shí)會(huì)產(chǎn)生重影，模糊一片。當(dāng)戴上有偏振片的眼鏡后，偏振方向和放映機(jī)偏振片的方向相同，即左眼鏡片和左放映機(jī)偏振方向相同，右眼鏡片和右放映機(jī)偏振方向相同。此時(shí)，左眼的鏡片會(huì)完全濾掉右側(cè)放映機(jī)播放的畫面，而右眼的鏡片則完全濾掉左放映機(jī)的畫面，觀眾的大腦就能接收到一個(gè)立體的影像。這就是早前采用線偏振光技術(shù)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(gè)非常大的缺點(diǎn)，就是必須保持眼鏡始終處于水平狀態(tài)，如果略有偏轉(zhuǎn)，左右眼就會(huì)看到明顯的重影，所以觀眾在觀看時(shí)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(chǔ)上發(fā)展而來，其原理就是在偏振片前增加一個(gè)1/4波片，使放映機(jī)發(fā)射出的線偏光變成圓偏振光。由于圓偏光相互之間的串?dāng)_非常小，它的通光特性和阻光特性基本不受旋轉(zhuǎn)角度的影響，因此對(duì)于觀眾觀看的姿勢和可視角度都沒有嚴(yán)格的限制。

3 如何測評(píng)3D偏振眼鏡

在國際上，三維立體偏振眼鏡還沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，但在我國有一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 4735-2014《三維立體偏振眼鏡》對(duì)3D偏振眼鏡進(jìn)行了規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)從鏡片光學(xué)性能、材料性能、物理性能等方面對(duì)三維立體偏振眼鏡提出了要求，其中最核心的指標(biāo)就是相位差（標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)，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(biāo)準(zhǔn)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(duì)如何檢測相位差和貼合角度沒有提出明確的檢測方法，對(duì)檢測設(shè)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(tǒng)，通過P1后變成線偏振光，經(jīng)過樣品后產(chǎn)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(jù)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(shí)旋轉(zhuǎn)檢偏器使光強(qiáng)極大，這時(shí)起偏和檢偏呈平行狀態(tài)。放入樣品并旋轉(zhuǎn)使光強(qiáng)達(dá)到極大，此時(shí)起偏器的透光軸和樣品上偏光板的透光軸應(yīng)該一致。隨后再旋轉(zhuǎn)檢偏器，可以得到光強(qiáng)和的曲線分布圖，通過曲線圖便可計(jì)算出3D偏振眼鏡的貼合角度和相位差。

隨著3D市場的發(fā)展，消費(fèi)者開始關(guān)注3D觀影效果，3D電影的效果不僅與3D顯示屏的優(yōu)劣息息相關(guān)，3D偏振眼鏡的質(zhì)量也起著舉足輕重的作用。想要提升3D偏振眼鏡的質(zhì)量，需要企業(yè)從材料、工藝、質(zhì)控等各個(gè)方面進(jìn)行控制，也需要技術(shù)部門制定科學(xué)合理的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。