关于三维立体偏振眼镜

文 林眉德 张翠芳 张佳伟 李晨

2009年，《阿凡达》一举创下了高不可攀的票房神话，将3D电影推向了一个新的发展纪元，中国的3D电影自此成井喷式发展，每年年产量基本维持在10部左右，2018年突破20部。在全球电影票房下滑的背景下，2017年至2019年，我国3D电影票房增速约为10%。目前，中国电影市场稳居世界第二，仅次于美国。

随着3D影像制作技术的发展，《流浪星球》《战狼》等大量优质3D电影的相继推出，观影人数急剧增加。2021年中国银幕总数达到80743块，其中3D银幕数占比为85%，约68631块。3D显示技术（3D电影、3D电视等）现已成为屏幕显示技术的最主要趋势，3D眼镜的需求也呈爆发式增长。

1 3D眼镜的分类

2012年，国内3D眼镜需求量约为3000万副，而到2015年需求量已突破1亿副。早期市场上存在的3D眼镜有——色差式3D眼镜、快门式3D眼镜以及偏光式3D眼镜。

色差式技术难度和成本都较低，但由于画质较差，已经被市场淘汰；快门式则成本较高，这也成为其推广的最大制约；而偏光式在成本较低的同时，画质效果较好，目前市场上各大影院基本都采用偏光式3D眼镜。

2 三维立体偏振眼镜观影原理

三维立体电影偏振技术是利用光偏振的原理，在播放3D电影时，需要两台放映机并列，中间间距相当于人的两眼间距。左边一台放映机前加入一块X方向的偏振片，右边一台加入Y方向的偏振片。两台放映机分别将两组画面以几厘米的偏差打在屏幕上（如图1所示），观众如果不佩戴3D眼镜，看屏幕时会产生重影，模糊一片。当戴上有偏振片的眼镜后，偏振方向和放映机偏振片的方向相同，即左眼镜片和左放映机偏振方向相同，右眼镜片和右放映机偏振方向相同。此时，左眼的镜片会完全滤掉右侧放映机播放的画面，而右眼的镜片则完全滤掉左放映机的画面，观众的大脑就能接收到一个立体的影像。这就是早前采用线偏振光技术的偏振眼镜，也被称为线偏振眼镜。

图1 3D电影播放原理

线偏振眼镜有一个非常大的缺点，就是必须保持眼镜始终处于水平状态，如果略有偏转，左右眼就会看到明显的重影，所以观众在观看时要坐得笔直才能够看到立体的影像。另外，这种眼镜的可视范围也有很大的局限。

圆偏振眼镜是在线偏振眼镜的基础上发展而来，其原理就是在偏振片前增加一个1/4波片，使放映机发射出的线偏光变成圆偏振光。由于圆偏光相互之间的串扰非常小，它的通光特性和阻光特性基本不受旋转角度的影响，因此对于观众观看的姿势和可视角度都没有严格的限制。

3 如何测评3D偏振眼镜

在国际上，三维立体偏振眼镜还没有相应的标准，但在我国有一个行业标准QB/T 4735-2014《三维立体偏振眼镜》对3D偏振眼镜进行了规范。该标准从镜片光学性能、材料性能、物理性能等方面对三维立体偏振眼镜提出了要求，其中最核心的指标就是相位差（标准中称为位相差）和贴合角度。相位差是指1/4波片的特征指标，贴合角度是指1/4波片的快慢轴和偏振片的偏振轴位的夹角。

标准要求样品中波片的相位差为（125±5）nm，贴合角度为（45±5）度，但对如何检测相位差和贴合角度没有提出明确的检测方法，对检测设备也没有具体的要求。相位差的检测大多采用偏振干涉的原理，如图2所示，样品置于两偏振器P1和P2之间，单色光垂直入射测量系统，通过P1后变成线偏振光，经过样品后产生的相位差：

图2 相位差检测原理图

在此式中，h为波片厚度，n2、n1为波片在快慢轴方向的折射率。

根据偏振干涉原理，可以得到：

图2中，P1为起偏器，P2为检偏器。

由于样品是波片和偏振片的组合，检测时旋转检偏器使光强极大，这时起偏和检偏呈平行状态。放入样品并旋转使光强达到极大，此时起偏器的透光轴和样品上偏光板的透光轴应该一致。随后再旋转检偏器，可以得到光强和的曲线分布图，通过曲线图便可计算出3D偏振眼镜的贴合角度和相位差。

随着3D市场的发展，消费者开始关注3D观影效果，3D电影的效果不仅与3D显示屏的优劣息息相关，3D偏振眼镜的质量也起着举足轻重的作用。想要提升3D偏振眼镜的质量，需要企业从材料、工艺、质控等各个方面进行控制，也需要技术部门制定科学合理的产品标准。