CN101639572B - 偏振眼镜以及采用该偏振眼镜的立体显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种偏振眼镜以及采用该偏振眼镜的立体显示系统。该偏振眼镜包括一偏振片以及一与该偏振片层叠设置的补偿膜，该偏振片使经过射向该眼镜的光成为线偏振光，该补偿膜对该线偏振光进行相位补偿，使该线偏振光转化为非线偏振光。一种立体显示系统采用该偏振眼镜，观察者佩戴该偏振眼镜观看立体节目时，可以有效消除眼睛疲劳等不良反应。

Description

偏振眼镜以及采用该偏振眼镜的立体显示系统

技术领域

本发明属于显示技术领域，尤其涉及一种偏振眼镜以及采用该偏振眼镜的显示系统。

背景技术

人类在观看周围世界时，不仅能看到物体的宽度和高度，而且能知道它们的深度，能判断物体之间或观看者与物体之间的距离。这种三维视觉特性产生的主要原因是：人们通常总是双目同时观看物体，而由于两只眼睛视轴的间距（约65mm），左眼和右眼在看一定距离的物体时，左眼和右眼所接收到的视觉图像是存在一定的移位，这种移位产生的视觉上的差异叫做视差，因而大脑通过眼球的运动、调整，综合了这两幅图像的信息，就产生立体感。

目前，根据人眼睛产生立体感的基本原理，已经使用的立体显示系统通常包括信源、显示器以及一偏振眼镜。该信源为该显示器提供图像信号，该显示器对图像信号解码并显示相应的图像，该立体眼镜辅助观察者观看立体影像。

该信源可以由具有两个镜头和两个摄影器件的立体摄像机摄取，其用来模拟人的两只眼睛摄取图像，两个镜头之间的距离及其光轴之间的夹角和距离必须模仿人的两个眼球动作，随着拍摄物体的距离变化不断进行调整，以使拍摄的两个图像的视差与人眼直接观看的视差相同。立体摄像机输出的左右两个图像信号，采取频带压缩或码率压缩等方法传送到该显示器，该显示器解码图像信号，在屏幕上同时显示分别提供给左眼和右眼的两幅图像：左眼图像、右眼图像。

通常，该显示器上设置一偏振装置，将左眼图像和右眼图像调制成为偏振方向正交的线偏振光。观察者为体验到立体图像，观看时需戴上偏振眼镜。其中，左眼所对镜片的偏振轴与左眼图像线偏振光的偏振方向相同，而右眼所对镜片的偏振轴与右眼图像线偏振光的偏振方向相同。这样，人的左眼只能观察到左眼图像，人的右眼只能观察到右眼图像，双眼就感受到图像的视差，经过大脑的作用人就感受到产生立体感。

然而，人眼的感光细胞习惯于自然光，自然光的偏振方向是在各个方向分布均匀的非线偏振光，其对人眼感光细胞的刺激在各个偏振方向上是相同的。但是人眼通过这种偏振眼镜所接收的光是线偏振光。人眼的感光细胞仅接收一个偏振方向的光能刺激，其获得的刺激是非均衡的。因此，当立体电视系统采用这种产生线偏振光的偏振眼镜时，观察者很容易会出现眼干、眼胀、眼痛、视觉疲劳，甚至头晕、头痛等不良反应。另外，用户采用这种产生线偏振光偏振眼镜的进行其他方面的应用时，如用作太阳镜时，同样会导致上述不良反应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种偏振眼镜以及采用该偏振眼镜的立体显示系统，旨在解决现有偏振眼镜和立体显示系统导致用户不良反应的问题。

本发明是这样实现的，一种偏振眼镜，所述的偏振眼镜包括偏振片，所述偏振片使经射向偏振眼镜的光成为线偏振光，所述偏振眼镜还包括与所述偏振片层叠设置的补偿膜，所述偏振片包括一靠近观察者眼睛的内侧面和一相对该内侧面的外侧面，所述补偿膜设置于所述偏振片的内侧面；所述的补偿膜用来对所述线偏振光进行相位补偿，将所述线偏振光转换成非线偏振光，所述补偿膜对可见光中特定波长的线偏振光进行π／2的相位补偿而使特定波长的线偏振光成为圆偏振光，同时在该偏振片外侧面设置针对所述特定波长的增透膜。

所述补偿膜是由对光各向异性的双折射物质制成，其具有一光轴，该光轴与补偿膜表面平行，且与该偏振片的偏振方向呈45度夹角。

所述补偿膜是由具有精确厚度的石英、方解石或云母制成的波片或者液晶分子制成的薄膜。

所述补偿膜用来对可见光中特定波长的光进行π／2奇数倍的相位补偿，使该波长的光由线偏振光转化为圆偏振光，其余波长的光则转化为椭圆偏振光。

所述的特定波长的光是波长550nm的绿光。

所述偏振眼镜还包括一增透膜，所述增透膜与所述补偿膜夹持所述偏振片，且所述增透膜所增透光波的波长等于所述补偿膜所补偿光波的波长。

所述补偿膜所补偿的光的波长范围是：380nm至760nm。

本发明还提供了一种立体显示系统，其包括：一显示装置，一为该显示装置提供立体图像信号的信源以及一用于观看该显示装置所显示图像的偏振眼镜，该偏振眼镜为具有上述技术特征的偏振眼镜。

所述显示装置包括一设置于其屏幕前面的偏振片，所述偏振片具有两个偏振方向，所述偏振眼镜的两个镜片分别包括两种偏振方向不同的偏振片，其偏振方向分别与该显示装置的偏振片的偏振方向相同。

本发明克服现有技术的不足，当佩戴者带本发明的偏振眼镜观看显示装置显示的立体图像时，该显示装置发出的光经该偏振片成为线偏振光，该线偏振光经过透明元件对该线偏振光进行相位补偿，使该线偏振光转化为非线偏振光，这样人眼感受的光是非线偏振光，人眼的感光细胞接收的刺激来自多个方向，而非某一特定方向。这样人眼睛获得的刺激获得改善。因此，当观察者佩戴这种产生非线偏振光的偏振眼镜时，可以有效缓解眼干、眼胀、眼痛、视觉疲劳，甚至头晕、头痛等视觉不良反应。

附图说明

图1是本发明立体显示系统的结构示意图；

图2是图1所示立体显示系统中偏振眼镜的镜片沿A-A方向截面结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，是本发明立体显示系统的结构示意图。该立体显示系统包括一显示装置101以及一用于观看该显示装置101所显示图像的偏振眼镜100，该显示装置101的信源为立体图像信号。

该显示装置101包括一设置于屏幕前面的偏振片103，该偏振片103具有两个偏振方向，这两个不同的偏振方向使该显示装置101发出的光成为两种不同的线偏振光，这两种不同偏振方向的偏振光显示两幅具有微小视差的画面。

该偏振眼镜100的两个镜片分别包括两种偏振方向不同的偏振片，其偏振方向分别与该显示装置的偏振片的偏振方向相同，以便于观察者的两个眼睛通过不同的镜片接受显示装置显示的不同画面，业界将观察者接受的这两种不同的画面分别称为左眼图像和右眼图像。

请参阅图2，是该偏振眼镜100镜片沿A-A方向的截面结构示意图。该该偏振眼镜100的镜片包括一偏振片110以及一与该偏振片110层叠设置的补偿膜120。该偏振片110将外界射向该镜片100的光形成沿偏振轴方向振动的线偏振光，其为一薄片结构，具有一靠近观察者眼睛的内侧面和一相对该内侧面的外侧面。

该补偿膜120设置于该偏振片110的内侧面，例如，通过对光各向同性的粘合剂粘着于该偏振片110内侧面。该补偿膜120针对人眼可见光进行相位补偿，使可见光由线偏振光变为非线偏振光。通常，该补偿膜120是由对光各向异性的双折射物质制成，如具有精确厚度的石英、方解石或云母制成的波片或者液晶分子制成的薄膜，其光轴与补偿膜表面平行，且与该偏振片的偏振方向呈45度夹角。

来自该显示装置101的光经该偏振片110的检偏作用形成线偏振光而垂直入射到补偿膜120，偏振振动方向与波片光轴夹45度角，入射的光振动分解成垂直于光轴（o振动）和平行于光轴（e振动）两个分量，它们对应晶片中的o光和e光。晶片中的o光和e光沿同一方向传播，但由于晶片对o光和e光折射率不同造成两种光的传播速度不同，这里o光和e光的电矢量可以表示为：

其中，A是入射光的振幅，ω是角频率，

是相位，α是入射的线偏振光的振动面与光轴夹角的互余角，并且：

a_o=ACOSα

a_e=ASINα

令：

τ=ωt

则，1-1式改写为：

令：

δ为入射光的o光和e光的相位差；

则有：

将上式两边平方再相加，则得：

${\left(\frac{E_e}{a_e}\right)}^2+{\left(\frac{E_o}{a_o}\right)}^2-\frac{2E_e{E}_o}{a_o{a}_e}\mathrm{COS\δ}={\mathrm{SIN}}^2\mathrm{\δ}$

该公式是椭圆方程。

由于该偏振片110的偏振方向与该补偿膜120的光轴方向呈45度角，则ASINα＝ACOSα，即a_o＝a_e，当E_e、E_o的相位差δ为（2k＋1）π／2，，该椭圆方程演化为：

(E_e)²+(E_o)²=C

这里Ｃ是定值，椭圆方程成为圆方程。

但δ为（2k＋1）π／2时(k为整数)，即

2π（n₀－n_e）d／λ＝（2k＋1）π／2

其中，(n₀－n_e)d是穿出波片后ｏ光和ｅ光之间产生光程差，d为波片厚度，n₀和n_e为o光和e光的折射率，这时可以推得（n₀－n_e）d＝（2k＋1）λ／4。

由上述分析可知，当某一特定波长的线偏振光的o光和e光经过该补偿膜120进行π／2的相位补偿，且线偏振光的偏振面与该补偿膜120的光轴呈45度夹角时，该补偿膜120即可将该波长的线偏振光转化为圆偏振光；同时，其它波长的线偏振光则变化为椭圆偏振光；只有当该补偿膜120对线偏振光的o光和e光进行2π的相位补偿时，则该线偏振光仍为线偏振光，但是因为是在可见光（380nm~760nm）范围内进行的相位补偿，这种情况不可能实现，因为考虑边界条件时，即：当该补偿膜对760nm波长的光进行π／2相位补偿时，需要波片厚度为165nm，而该波片对380nm波长光进行的补偿为0.92π，对于其他非极限情况，所选择的波片对可见光的补偿都会小于0.92π，不可能达到2π，因此，线偏振光经过这种波片后只能为圆偏振光或者椭圆偏振光。

当佩戴者带上具有该镜片100的眼镜后，该显示装置101发出的光经该偏振片110成为线偏振光，该线偏振光经过该补偿膜120后，针对可见光范围内的某一特定波长的光成为圆偏振光，而其它波长的光成为椭圆偏振光，这样人眼感受的光是非线偏振光，人眼的感光细胞接收的刺激来自多个方向，而非某一特定方向。这样人眼睛获得的刺激获得改善。因此，当观察者佩戴这种产生非线偏振光的偏振眼镜时，可以有效缓解眼干、眼胀、眼痛、视觉疲劳，甚至头晕、头痛等视觉不良反应。

另外，为了进一步提高人眼观察的舒适性，还可以在该偏振片110的外侧面沉积一增透膜，该增透膜与该补偿膜110夹持该偏振片120，且该增透膜所增透光波的波长等于该补偿膜120所补偿光波的波长，这样，保证对人眼刺激最大的光是圆偏振光。

在实际应用中，考虑人眼的感光细胞对于550nm波长的光最敏感，可以使该补偿膜120对波长550nm的光进行π／2的相位补偿，而该偏振片外侧面设置厚度为275nm的增透膜。这样保证人眼接受的光波中，550nm的绿色光能量最大，并且是圆偏振光，这种情况下最能满足人的视觉舒适性。

同样，根据实际情况，也可以使该补偿膜120对其它波长的线偏振光进行π／2的相位补偿而使该波长的线偏振光成为圆偏振光时，同时在该偏振片120外侧面沉积针对该波长的增透膜。

在上述实施方式中，该补偿膜110的光轴与该偏振片的偏振方向呈45度夹角仅是为了获得圆偏振光的条件，如果其夹角并非45度，则仍可实现由线偏振光到椭圆偏振光的转化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种偏振眼镜，所述的偏振眼镜包括偏振片，所述偏振片使经射向偏振眼镜的光成为线偏振光，其特征在于，所述偏振眼镜还包括与所述偏振片层叠设置的补偿膜，所述偏振片包括一靠近观察者眼睛的内侧面和一相对该内侧面的外侧面，所述补偿膜设置于所述偏振片的内侧面；所述的补偿膜用来对所述线偏振光进行相位补偿，将所述线偏振光转换成非线偏振光，所述补偿膜对可见光中特定波长的线偏振光进行π／2的相位补偿而使特定波长的线偏振光成为圆偏振光，同时在该偏振片外侧面设置针对所述特定波长的增透膜。

2.根据权利要求1所述的偏振眼镜，其特征在于，所述补偿膜是由对光各向异性的双折射物质制成，其具有一光轴，该光轴与补偿膜表面平行，且与该偏振片的偏振方向呈45度夹角。

3.如权利要求2所述的偏振眼镜，其特征在于：所述补偿膜是由具有精确厚度的石英、方解石或云母制成的波片或者液晶分子制成的薄膜。

4.如权利要求1所述的偏振眼镜，其特征在于：所述补偿膜用来对可见光中特定波长的光进行π／2奇数倍的相位补偿，使该波长的光由线偏振光转化为圆偏振光，其余波长的光则转化为椭圆偏振光。

5.如权利要求4所述的偏振眼镜，其特征在于：所述的特定波长的光是波长550nm的绿光。

6.如权利要求1所述的偏振眼镜，其特征在于：所述补偿膜所补偿的光的波长范围是：380nm至760nm。

7.一种立体显示系统，其包括：一显示装置，一为该显示装置提供立体图像信号的信源以及一用于观看该显示装置所显示图像的偏振眼镜，其特征在于：该偏振眼镜是权利要求1至6任一项所述的偏振眼镜。

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