線偏光的基本原理
基本上，光的波動(dòng)就好像手上拿著一端固定在牆上的繩子，不停地上下擺動(dòng)時(shí)，繩子會(huì)有高低的波峰和波谷，把力量往前傳遞；不過，繩子在波動(dòng)時(shí)的振動(dòng)是一個(gè)方向的，而光則是會(huì)在和前進(jìn)方向垂直的任意方向做波動(dòng)。而如果光的振動(dòng)方向很均勻地在各方向產(chǎn)生，那這個(gè)光就是未偏極化（unpolarized）的；而如果光的振動(dòng)方向有偏向某些方向的話，那這個(gè)光就是偏極化（polarized）的偏振光。
而線偏光鏡就是透過特殊的結(jié)構(gòu)，只允許在某個(gè)特定方向振動(dòng)的光可以通過，達(dá)到偏極化的效果。下圖就是簡單的圖示，藍(lán)色的箭頭是光的行進(jìn)方向、中間的白灰色圓盤是線偏光鏡，而綠色的線則是光在垂直方向的振動(dòng)、粉紅色的線則是光在水平方向的振；當(dāng)然，光實(shí)際上不只是垂直和水平兩種振動(dòng)方向，不過在此就先以這兩種作代表了。
在上面左邊的圖裡，是將線偏光鏡的條紋放垂直的，如此一來，當(dāng)光線由左方經(jīng)過線偏光鏡到右方的過程中，其他方向的振動(dòng)都會(huì)被線偏光鏡給擋掉，只有垂直方向的振動(dòng)被保存下來；而在右圖，則是將線偏光鏡轉(zhuǎn)九十度變成水平的，如此一來，經(jīng)過線偏光鏡的光就會(huì)只剩下水平方向的振動(dòng)。所以，只要透過控置偏光鏡的方向，就可以調(diào)整要讓光留下哪個(gè)方向的振動(dòng)，進(jìn)而控制光的偏極性。
用於立體顯示系統(tǒng)
那如果讓只剩下垂直方向振動(dòng)的光再經(jīng)過水平方向的線偏光鏡呢？那僅存的垂直方向的振動(dòng)也會(huì)被偏光鏡片給擋掉，所以就什麼都看不見，進(jìn)而達(dá)到遮蔽的效果了～進(jìn)一步透過這樣的原理，就可以透過控制光的偏極性，來控制兩眼看到不同的影像，進(jìn)一步產(chǎn)生立體效果了！
以上圖為例，只要讓螢?zāi)坏淖笱塾跋瘢ňG色、標(biāo)示 L）都以在水平方向振動(dòng)的光來呈現(xiàn)，而右眼影像（粉紅、標(biāo)示 R）都以垂直方向振動(dòng)的光呈現(xiàn)，就可以同式獨(dú)立送出不同的左右眼影像。而接下來只要在眼鏡的左眼放一片水平的線偏光鏡，就可以把垂直振動(dòng)的光（也就是右眼影像）給擋掉，只剩下水平振動(dòng)的左眼影像；同樣的，在右眼放一片垂直的線偏光鏡，就可以讓進(jìn)入右眼的只有垂直振動(dòng)的右眼影像。
像下面幾張圖就是兩隻線偏光眼鏡的照片。最左邊的一張是透過單層線偏光鏡看後方的東西，可以發(fā)現(xiàn)雖然變暗（因?yàn)椴糠值墓獗黄忡R擋掉了）了，但是還是看得很清楚。而中間的照片則是兩組眼鏡重疊，這樣的話兩片線偏光鏡會(huì)是同方向的，所以還是看得到鏡片後的物體；但是如果像右圖一樣，把一隻眼鏡轉(zhuǎn) 90 度的話，就會(huì)讓兩個(gè)線偏鏡片的方像互相垂直，所以就可以幾乎把所有的光擋掉、看不到後方的物體了！
而眼鏡的基本概念問題解決了，接下來實(shí)務(wù)上的問題，就是要怎麼樣在同一個(gè)位置，同時(shí)以不同方向的偏振光來顯示左右眼的影像了。
投影機(jī)的方案
如果是搭配投影機(jī)使用的話，一般來說有兩種方法，一個(gè)是架設(shè)兩臺(tái)投影機(jī)、各自在前方安裝偏光鏡片後，再調(diào)整好讓他們投影到同一個(gè)位置；如此一來就可以在同一個(gè)位置，同時(shí)有不同方向偏振光的左右兩眼影像。像右圖就是一組使用線偏光的雙投影機(jī)立體系統(tǒng)。
這樣做比較明顯的缺點(diǎn)，就是兩臺(tái)投影機(jī)要做精確的校正，才能讓兩臺(tái)投影機(jī)投出來的畫面完全重疊，也因此其實(shí)不是很適合經(jīng)常性地移動(dòng)、調(diào)整投影機(jī)。不過這樣做的好處，是一般的投影機(jī)大多可以使用，不需要特別的投影機(jī)；但是要另外要注意的是，如果是 LCD 投影機(jī)的話，有可能會(huì)因?yàn)樵?LCD 製作時(shí)已經(jīng)有使用到偏光鏡的關(guān)係，而導(dǎo)致會(huì)和外加的偏光鏡互相影響，所以不建議使用 LCD 投影機(jī)。
而另一種方法，則是用一臺(tái)高更新率投影機(jī)，依序送出左右眼影像（就像之前提過的主動(dòng)式立體一樣），然後在前方安裝一片可以配合投影左右眼畫面頻率、切換偏振光方向的主動(dòng)式偏光片（例如 Z-Screen）；如此一來，也可以和用兩臺(tái)投影機(jī)有一樣的效果，而且不用擔(dān)心對(duì)位的問題！但是相對(duì)的，這樣的主動(dòng)式偏光鏡的要價(jià)也不低，和一般的偏光鏡比起來有相當(dāng)大的價(jià)差。
下圖則是 DepthQ 的 Polarization Modulator（官方網(wǎng)頁）的示意圖，他就是一種這類可以切換偏極性的主動(dòng)式偏光鏡片。
不過，不管是哪種方法，要透過投影機(jī)來建構(gòu)偏光的立體系統(tǒng)，投影幕也都要經(jīng)過特別選擇。因?yàn)橐话愕耐队澳辉诜瓷鋾r(shí)有可能會(huì)破壞掉光的偏極性，導(dǎo)致偏振光的偏極化又被破壞掉，讓眼鏡沒辦法把該過濾的光線過濾掉、兩隻眼睛都可以看到另一隻眼睛才該看到的畫面，最後的結(jié)果就是讓立體效果非常地差。所以為了最好的呈現(xiàn)效果，最好是使用專門為了這種系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的 non-depolarized 的投影幕；這種投影幕會(huì)使用特殊的材質(zhì)（一般似乎是銀質(zhì)），讓投影到投影幕上反射的光，依然可以保持原有的偏極性。
一般液晶顯示器
投影機(jī)一般都是用在大型、多人用的場合，對(duì)於一般用的狀況，現(xiàn)在的液晶螢?zāi)唬↙CD）也可以透過特殊的技術(shù)，來做到在同一個(gè)平面上，同時(shí)用不同的偏振光個(gè)別顯示兩眼的影像。
比較常見的方法，是在液晶螢?zāi)簧显诩由咸厥獾慕诲e(cuò)式的偏光鏡，螢?zāi)簧?strong>一半的畫素（pixel）顯示左眼影像、一半的畫素顯示右眼影像。右圖就是一個(gè)簡單的示意圖，圖內(nèi)的紅綠藍(lán)三個(gè)一組就是一個(gè)畫素，紅色的區(qū)塊代表是垂直方向的線偏光鏡、綠色的區(qū)塊則是水平方向的線偏光鏡。螢?zāi)谎e奇數(shù)行的像素透過線偏光鏡後，就只剩下垂直方向的偏振光、用來顯示左眼影像；而偶數(shù)行的像素在通過偏光鏡後，則剩下水平的偏振光，用來顯示右眼影像。而這樣只要左眼戴上垂直方向的線偏光鏡、右眼戴上水平方向的線偏光鏡，就可以讓左眼只看到左眼影像（奇數(shù)行的像素）、右眼只看到右眼影像（偶數(shù)行的像素），進(jìn)而達(dá)到立體顯示的效果。
這樣做的好處，是成本相對(duì)低！但是缺點(diǎn)就是，在立體時(shí)的解析度會(huì)是螢?zāi)幻姘逶馕龆鹊囊话搿＠绫緛砦災(zāi)唤馕龆仁?1280 x 1024 的話，那在立體的時(shí)候兩眼各自看到的解析度就會(huì)只有 640 x 1024（或 1280 x 512），使用者會(huì)很明顯地感覺到畫面會(huì)變粗。
另外還有另一種方法，就是真得使用兩塊液晶面板，各自加上不同的偏極性、用來顯示兩眼的畫面；這樣的好處是可以不用降低影像的解析度，但是相對(duì)地生產(chǎn)成本也會(huì)因?yàn)槎嗔艘黄姘宥岣?。像是之前介紹過的 iZ3D 立體螢?zāi)?/a>（右圖），就是這樣性質(zhì)的螢?zāi)?；不過實(shí)際上 iZ3D 為了讓裸眼在 2D 模式時(shí)也能正?？吹秸５挠跋瘢杂衷趦蓚€(gè)面板的影像做了一些處理，而非純粹各自顯示左右眼影像，因此算是稍微有點(diǎn)改變的技術(shù)。
而如果是搭配 120hz 以上的液晶螢?zāi)唬ɑ蚴?CRT 螢?zāi)唬┑脑?，也可以像使用投影機(jī)時(shí)一樣，搭配主動(dòng)式偏光片來做到左右眼的偏振方向切換，進(jìn)而使用偏光眼鏡來達(dá)到顯示立體的效果；不過這個(gè)方案應(yīng)該是比較少見就是了。
線偏光的問題
不過在用線偏光立體系統(tǒng)的時(shí)候，有一個(gè)比較大的問題，就是偏光鏡片的角度。由於這樣的系統(tǒng)基本上就是靠著偏光鏡片方向、角度的差異來做左右眼影像的遮蔽，所以如果當(dāng)使用者的頭歪一邊、導(dǎo)致眼鏡的鏡片角度和系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)預(yù)期時(shí)不一樣的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生左右眼影像遮蔽的不完整、而可以同時(shí)看到兩個(gè)影像的狀況；一般在立體顯示的領(lǐng)域，會(huì)把這樣的問題叫做「cross talk」，Heresy 不確定這個(gè)詞是否有正式的翻譯，所以姑且就先用比較簡單的中文「鬼影」來稱呼他吧～
下面的影片就是一個(gè)實(shí)際操作的例子。在螢?zāi)簧鲜侵丿B著左眼的畫面和右眼的畫面，左眼是一個(gè)大大的「R Screen」，右眼則是一個(gè)大大的「L Screen」（抱歉，錄影的時(shí)候沒注意到設(shè)定反了）；而再透過眼鏡左眼看出去，就可以發(fā)現(xiàn)只能看到「R Screen」的字樣、透過眼鏡右眼看出去則只能看到「L Screen」。不過如果轉(zhuǎn)動(dòng)眼鏡 90 度的話，就可以發(fā)現(xiàn)影像就會(huì)慢慢變成兩個(gè)，最後能看到的影像會(huì)左右相反。
而要解決線偏光會(huì)因?yàn)檠坨R角度產(chǎn)生立體效果不佳的問題，可以考慮使用圓偏光鏡片來代替線偏光鏡片。
圓偏光
圓偏光的基本設(shè)計(jì)，就是在線偏光鏡的其中一面，再加上一個(gè) 1/4 波長延遲膜（quarter-wave retardation plate，一般又叫波片、wave plates），如此就可以產(chǎn)生偏振方向會(huì)旋轉(zhuǎn)的圓偏振光。而這片波片就像線偏光鏡一樣，也是有方向性的，一般在圓偏光鏡片裡會(huì)是和線偏光鏡的偏振方向成 45 度；根據(jù)和線偏光鏡相對(duì)角度的差異（一個(gè)是正的、一個(gè)是負(fù)的），圓偏光鏡片也有左旋偏光鏡片和右旋偏光鏡片之分，可以產(chǎn)生左旋和右旋兩種性質(zhì)不同的偏振光。關(guān)於更進(jìn)一步的圓偏光鏡片的性質(zhì)，請(qǐng)參考《圓偏光鏡片的性質(zhì)》一文。
而圓偏光由於光學(xué)性質(zhì)的關(guān)係，相對(duì)起來沒有線偏光鏡片角度的問題，所以比較不會(huì)因?yàn)轭^偏了一邊而產(chǎn)生鬼影的情形；當(dāng)然不是不會(huì)發(fā)生，只是發(fā)生時(shí)的影響，相對(duì)線偏光來說，小非常的多！下面幾張照片，就是 Heresy 手邊的圓偏光眼鏡實(shí)際測試的照片。
單一附圓偏光眼鏡
如果搭配對(duì)的話，可以幾乎沒有影響
但是如果是換一種正確的搭配，則可以幾乎完全遮蔽！
不過實(shí)際上，轉(zhuǎn)九十度後，還是可以發(fā)現(xiàn)會(huì)有漏光（而且顏色會(huì)變）
不過圓偏光也不是沒有缺點(diǎn)的。除了和線偏光一樣會(huì)因?yàn)檫^濾光線使亮度變暗外，圓偏光在某些情形下也會(huì)因?yàn)樗墓鈱W(xué)性質(zhì)，產(chǎn)生某種程度的色偏；不過一般這類情況大多不會(huì)太嚴(yán)重，大致上是可以忽略他的影響。
像右圖就是一個(gè)比較特別的例子，可以明顯地發(fā)現(xiàn)因?yàn)榇┻^的鏡片不同，而造成一部份偏藍(lán)、一部分偏黃的狀況；不過這算是刻意弄出來效果，一般來說，在正常架設(shè)的情形下，是不會(huì)出現(xiàn)這樣嚴(yán)重的色偏的。
由於 Heresy 手邊沒有正在運(yùn)作的圓偏光立體系統(tǒng)，所以下面就先以兩副圓偏光眼鏡，來大致示範(fàn)他們運(yùn)作的效果。仔細(xì)看的話，可以發(fā)現(xiàn)雖然圓偏光的鏡片之間的相對(duì)角度不會(huì)影響很大，但是在顏色上還是會(huì)有些許的變化。
此外，圓偏光鏡片由於製作上比線偏光鏡片更複雜（因?yàn)橐由喜ㄆ栽谑蹆r(jià)上也比線偏光鏡片來的貴，所以在系統(tǒng)建置的成本上也會(huì)稍高一些；這部分也是和線偏光系統(tǒng)相比之下的缺點(diǎn)了。
小結(jié)
整體來說，偏光立體系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在於他的眼鏡成本相對(duì)較低（應(yīng)該只有彩色立體的眼鏡更便宜）、不容易損壞，而且也有相當(dāng)不錯(cuò)的效果，所以適合使用於大量觀賞者的場所；目前有不少大型展覽場所（像是臺(tái)中科博館、IMAX 3D）等等，都是使用偏光立體的技術(shù)。
但是如果是採用投影機(jī)的方案的話，則有兩個(gè)比較大的問題。第一點(diǎn)就是他需要特別的投影幕，而這種投影幕的價(jià)錢基本上也不低，會(huì)增加不少成本，同時(shí)也會(huì)使得這種系統(tǒng)的攜帶性相當(dāng)差（要帶出去展示還需要帶專用投影幕）；另一點(diǎn)則是在系統(tǒng)使用時(shí)，會(huì)因?yàn)楣饩€需要經(jīng)過兩次偏光鏡片（投影機(jī)前方一次、眼鏡一次），而會(huì)有一定程度的亮度衰減，所以如果是用投影機(jī)方案的話，建議要使用流明數(shù)較高的機(jī)種。
參考：
申先生微信
伍先生微信
