Pourquoi les lunettes de soleil polarisées rendent-elles les affichages tête haute (HUD) des véhicules difficiles à lire ?

En été, lorsqu'ils conduisent, beaucoup choisissent de porter des lunettes de soleil pour éviter l'éblouissement du soleil. Cependant, un phénomène courant se produit : après avoir mis ses lunettes… lunettes de soleil polariséesL'affichage tête haute (HUD) s'assombrit, voire devient complètement invisible, et redevient normal une fois les lunettes de soleil retirées. Il ne s'agit pas d'un dysfonctionnement du véhicule, mais d'un problème courant dans le secteur, lié à l'optique. Nous allons aujourd'hui expliquer en détail pourquoi les HUD ne sont pas compatibles avec les lunettes de soleil polarisées et comment résoudre ce problème.

Pour comprendre pourquoi les affichages tête haute (HUD) sont incompatibles avec les lunettes de soleil polarisées, il faut d'abord comprendre trois points essentiels : Qu'est-ce que la lumière polarisée ?, le principe de fonctionnement des lunettes de soleil, et le principe d'imagerie des HUD.

1. Qu'est-ce que la lumière polarisée ?

Premièrement, comme nous le savons, la lumière est une onde électromagnétique composée de champs électriques et magnétiques qui vibrent perpendiculairement l'un à l'autre, sa direction de propagation étant perpendiculaire aux directions de vibration des deux champs. Dans la lumière naturelle, les vecteurs du champ électrique sont uniformément répartis dans toutes les directions du plan perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière, et l'intensité de vibration est égale dans chaque direction. Ce type de lumière est appelé lumière non polarisée (ou lumière naturelle).

Lorsque la vibration du vecteur champ électrique dans une direction spécifique domine ou présente un état vibratoire régulier, lumière polarisée est produite. Imaginez la lumière naturelle comme un groupe d'enfants courant librement dans une cour de récréation, tandis que la lumière polarisée représente ces mêmes enfants marchant au pas cadencé vers une même direction.

Selon ses caractéristiques, la lumière polarisée est divisée en lumière polarisée linéairement, lumière polarisée elliptiquement, et lumière polarisée circulairement:

• Lumière polarisée linéairementLa direction du vecteur électrique reste constante tandis que son amplitude fluctue, formant ainsi une trajectoire rectiligne. Lors de sa propagation, la direction du vecteur demeure stable tandis que son amplitude varie en fonction des changements de phase. Sur un plan perpendiculaire à la direction de propagation, la trajectoire de l'extrémité du vecteur lumineux forme une ligne droite.
• Lumière polarisée circulairementLa magnitude du vecteur lumineux reste constante tandis que sa direction change régulièrement, formant une trajectoire circulaire. Il en résulte un cercle parfait dans le plan perpendiculaire à la propagation.
• Lumière polarisée elliptiquement: Combine les caractéristiques de la polarisation linéaire et circulaire ; lors de la propagation, l'amplitude et la direction du vecteur lumineux changent régulièrement, traçant une ellipse sur le plan perpendiculaire à la propagation.

Lumière P et lumière S

Lorsque la lumière polarisée linéairement ou la lumière naturelle frappe la surface d'un milieu transparent (comme le verre, l'eau ou les miroirs) et subit réflexion et réfraction, ses caractéristiques de polarisation changent, et les composantes polarisées dans différentes directions diffèrent entre la lumière réfractée et la lumière réfléchie. Pour mieux expliquer ce phénomène, nous introduisons Situation critique et Léger:

• P-light (Parallèle)La direction de polarisation est parallèle au plan d'incidence (le plan formé par le rayon incident et la normale à la surface).
• S-light (perpendiculaire)La direction de polarisation est perpendiculaire au plan d'incidence.

Ici, L'angle de Brewster Il convient de le mentionner. Lorsque la lumière frappe le verre sous un angle d'incidence d'environ 56°Presque toute la lumière P se réfracte et traverse le verre, sa réflectance tendant vers zéro ; seule la lumière S peut se réfléchir efficacement. La grande majorité des éblouissements causés par la chaussée et l’eau est due à la lumière S. C’est pourquoi des secteurs comme celui des lunettes de soleil polarisées et de la photographie exploitent ce principe pour éliminer les reflets et la lumière parasite.

2. Principe de fonctionnement des lunettes de soleil

Les lunettes de soleil actuellement sur le marché se répartissent généralement en deux catégories : les lunettes de soleil non polarisées et les lunettes de soleil polarisées.

• Lunettes de soleil non polarisées (lunettes de soleil standard)Leur fonction principale est de bloquer la lumière intense et d'offrir une protection UV de base. Elles fonctionnent en appliquant de fines poudres métalliques ou d'autres substances sur des verres standard afin de filtrer la lumière vive et d'empêcher la lumière du soleil d'altérer la vision.
• Lunettes de soleil polariséesLeur fonction principale est de réduire l'impact des reflets, de la lumière diffusée et de la lumière réfractée sur les yeux. S'appuyant sur le phénomène de Brewster, une couche polarisante spécifique est intégrée au verre pour filtrer les reflets nocifs, la lumière diffusée et la lumière réfractée. Cette couche spéciale réduit efficacement la lumière réfléchie horizontalement, améliorant ainsi le confort visuel.

3. Principe d'imagerie HUD

Actuellement, la plupart des affichages tête haute (HUD) utilisent des modules optiques TFT (unité de génération d'images / PGU). Selon les principes de l'imagerie TFT, la lumière émise par un PGU TFT est polarisée. Or, en raison de l'angle de Brewster, lorsque la lumière provenant du module optique TFT frappe le pare-brise, la lumière réfléchie par la quatrième face du pare-brise est entièrement polarisée (lumière S), tandis que la lumière polarisée (lumière P) est totalement réfractée. Par conséquent, dans toutes les solutions HUD TFT actuelles, la lumière polarisée utilisée est… Léger.

Outre les moteurs optiques TFT, il existe des solutions DLP et LCoS :

• DLPUtilise une source lumineuse tricolore et ne présente donc aucun problème de polarisation.
• LCoS: Utilise des principes de cristaux liquides similaires à ceux des TFT, de sorte que la lumière émise par LCoS est également polarisée S.

La combinaison de ces trois aspects explique clairement pourquoi le port de lunettes de soleil polarisées rend les affichages tête haute difficiles à lire : La raison principale est que les lunettes de soleil polarisées bloquent la lumière S, qui se trouve être précisément le type de lumière émise par les affichages tête haute (HUD).. Il s'agit donc d'un défi inhérent auquel sont confrontés pratiquement tous les HUD TFT/LCoS.

Exception: Les moteurs optiques DLP utilisent des sources lumineuses tricolores à sortie non polarisée, naturellement insensibles aux lunettes de soleil polarisées. Quelques modèles de véhicules commencent à adopter cette technologie.

Six solutions techniques principales

Pour résoudre l'incompatibilité entre les affichages tête haute et les lunettes de soleil polarisées, la chaîne d'approvisionnement du secteur explore actuellement plusieurs pistes techniques :

1. Optez pour des lunettes de soleil non polarisées

Le seuil le plus bas et l'approche la plus simple à mettre en œuvre, souvent adoptée comme compromis par les constructeurs automobiles, permettent une visualisation normale de l'affichage tête haute (HUD) avec des lunettes de soleil standard non polarisées. Inconvénient: Absence de filtration de l'éblouissement, réduisant le confort de conduite sur les routes ensoleillées.

2. Utilisez des lunettes de soleil à faible efficacité de polarisation.

Les normes nationales exigent que les lunettes de soleil polarisées aient une efficacité de polarisation supérieure à 95 %, ce qui signifie qu'une petite quantité de lumière peut les traverser. Les conducteurs peuvent choisir des lunettes de soleil avec une efficacité de polarisation inférieure, tandis que les constructeurs automobiles augmentent la luminosité maximale de l'affichage tête haute pour compenser la perte de lumière. AvantageAucune modification matérielle du véhicule n'est requise. InconvénientEffet d'amélioration limité.

3. Adopter des moteurs optiques DLP

Les moteurs optiques DLP utilisent des sources lumineuses tricolores et ne sont pas affectés par les problèmes de polarisation. Si un véhicule est équipé d'un affichage tête haute (HUD) DLP (par exemple, le nouveau HUD AR de Leapmotor), il est compatible nativement avec les lunettes de soleil polarisées.

Inconvénient : Le coût élevé du système optique rend son adoption à grande échelle difficile.

4. Moteur optique P-Light + P-Nanofilm

Les lunettes de soleil polarisées transmettent la lumière polarisée (P), ce qui permet de convertir la source lumineuse de l'affichage tête haute (HUD) en lumière P grâce à l'ajout d'un film polarisant sur ou à l'intérieur du pare-brise. Ce film compense l'effet Brewster et permet d'obtenir une réflectance élevée pour la lumière P. Il peut être appliqué sur la couche intermédiaire ou la surface intérieure du pare-brise (par exemple, l'affichage tête haute Panoramic Vision de BMW utilise un procédé similaire). Inconvénient: Nécessite l'introduction d'un film P et augmente les exigences de traitement du pare-brise, ce qui accroît la complexité et le coût de la mise en œuvre.

5. Ajouter des lames à retard de phase pour modifier l'état de polarisation

Insérer des lames à retard de phase 1/4 ou 1/2 dans le trajet optique d'origine de la lumière S. Grâce aux propriétés biréfringentes du matériau, une partie de la lumière S est convertie en lumière polarisée circulairement, elliptiquement ou P, créant ainsi une lumière à polarisation mixte. Des applications en série existent déjà. Inconvénient : la conversion de la lumière entraîne une perte de luminosité, nécessitant une consommation d'énergie plus élevée pour compenser.

6. Double couche de cristaux liquides pour un ajustement dynamique de la polarisation

Cette technologie de pointe, actuellement au stade de la recherche et sans application concrète à grande échelle, intègre une couche supplémentaire de cristaux liquides au sein du transistor TFT PGU. Grâce à un contrôle de la tension, l'angle de polarisation est ajusté en continu de 0° à 180°, permettant ainsi, en théorie, une adaptation aux lunettes de soleil polarisées quel que soit leur angle d'incidence.

Inconvénient : Coût du matériel excessivement élevé.

Conclusion

Chacune des solutions mentionnées ci-dessus implique des compromis en termes de performances, d'expérience utilisateur, de technologie, de coût et de qualité de fabrication. C'est pourquoi la plupart des affichages tête haute (HUD) pour véhicules ne sont actuellement pas compatibles avec les lunettes de soleil polarisées. Grâce aux progrès constants des films optiques et des nouvelles technologies d'affichage, ce problème devrait être entièrement résolu à l'avenir.