斯涅尔定律到底是什么? 而且为什么新能源电动汽车公司对它的应用方式(dynamics)感兴趣? 斯涅尔定律(也称为斯涅尔-笛卡尔定律和折射定律)是用于描述入射角和折射角之间关系的公式。当光波从一种介质传播到另一种不同折射率的介质时,会发生折射现象,比如从光波从水传播到玻璃或是空气中。该定律通常被用于光线追踪,以计算入射角或折射角的角度,也在光学实验中被用于查找材料的折射率。
Faraday Future (FF)最近将“第三互联网生活空间”的概念介绍给了世人,这是一个连接用户的住所与目的地(办公室,学校等)之间的管道。 这种“第三空间”给用户提供了很多的方便,其中之一就是它与外界的连接与互动,而FF 91内部的11个屏幕无疑让用户与外界的连接方便了不少。
我们希望将“第三互联网生活空间”的理念带给我们的用户,并确保任何潜在问题都已经被解决。 FF 91引以为傲的功能之一是行业领先的17英寸前排显示屏。
经过一系列的深思熟虑,我们决定在FF 91上使用这块显示屏。但在此之前,我们需要解决包括显示器在明亮的环境中能否清楚显示内容和显示器亮度不足导致其不够清晰等问题。FF的工艺美学让我们面对这另外一个FF 91特有的挑战:如何防止显示屏图像从挡风玻璃上反射出来。
由于这块显示屏放置在汽车前排,显示屏上的内容被挡风玻璃反射的机会就相对增加了一些。 特别是在黑暗的环境中,可能会使驾驶员或乘客分心。在下方的图片中您可以看到乘客在车内的体验受到了怎样的影响。
大多数汽车制造商通过使用以下三种解决方案之一来解决这一问题:
- 给显示器上方放置一个遮光罩, 这种设计普遍应用于大多数汽车仪表板上。 本质上,这个遮光罩阻挡了显示屏到挡风玻璃的光路。 但是,这限制了车辆的内饰设计,增加了内饰重量并限制了显示屏的所在位置。 在下图中,您可以看到方向盘前面和仪表盘显示屏上方为了防止屏幕反射光线设置的遮光罩”。
- 将显示屏放在汽车的更靠后的位置。 这项技术主要用于汽车的中心信息显示屏。 将显示器放置于更靠后的位置可以减少或消除光线反射到驾驶员或乘客的路径。 尽管这是减少光线反射的有效解决方案,但在实际操作上由于安全问题不能对中心显示屏幕进行太多调整,因此在实践中受到了很大限制。
- 使用”百叶窗贴膜”以缩小显示屏的视锥范围。“百叶窗贴膜”与防偷窥贴膜有着相似的基本结构。 即便这听起来是一个不错的解决方案,“百叶窗贴膜”会使显示器的亮度降低约30%。 为了弥补亮度的降低,我们需要牺牲更多的能量消耗和能量消耗导致的高温。
下图显示了理论上如何使用“百叶窗贴膜”解决光路反射问题。
在FF,我们在设计前排乘客显示器以提供丰富的娱乐性(播放视频,投屏功能和视频会议),同时又要使乘客安全气囊正常运转时面临着独特的挑战。 由于这是FF和FF 91的独特功能,我们就需要找到解决这一问题的独特解决方案。
FF独特的设计让我们面临着使用上述常规解决方案无法解决的独特挑战。
在FF,我们将深入研究如何解决困扰汽车行业很长时间的问题,并尝试基于分析和创造性思维提出独特的解决方案。 如下图所示,我们可以看到挡风玻璃上的反射位置约为60度。您可以看到光的路径如何从显示屏反射到驾驶员或乘客的眼部。 非偏振光将从挡风玻璃反射两次,因为该光线将穿过两种介质的界面边界。 通过公式计算,正常情况下挡风玻璃上的乘客显示屏反射的反射率大约为百分之八。
我们可以使用菲涅尔方程来计算反射光的百分比。 通过计算,我们可以得到当光线遇到介质变换(例如空气到玻璃)时的反射量。但在这种情况下,仍存在其他缺点。
如果我们在方程式的运算中更进一步,我们可以看到从挡风玻璃反射的光不仅随角度变化,而且随光的偏振变化。 通过解析与边界平行偏振的光与垂直于边界平面的光,可以得到以下图像。
该图向我们表明,当反射位置约为60度时,平行于挡风玻璃偏振的反射率将接近零。 在FF,我们知道显示器的输出是偏振的。 因此,我们得出的理论是,如果我们能够确保显示器的光与挡风玻璃平行偏振(Rp),就可以解决我们的问题,且没有任何负面影响。
经过进一步分析,我们进行了几次实验以验证我们的猜想。 如下图所示,我们使用了一个普通的笔记本电脑(因为大多数笔记本电脑的光线输出都是垂直偏振的)来模仿FF 91的显示屏,并使用一块玻璃来模拟在挡风玻璃。我们将“挡风玻璃”和“显示屏”之间的角度调整约为60度, 然后我们向侧面旋转笔记本电脑,然后再次尝试进行实验(向侧面旋转笔记本电脑会改变相对于反射平面的偏振角)。 如下图所示,在适当的角度上,“挡风玻璃”上看不到反射的光线了。
因此,只需相对较少的硬件更换,我们就可以让困扰我们已久的反射完全消失。 这也意味着,如果我们能够正确设计内饰、显示屏和挡风玻璃的角度并让显示屏具有一定的偏振方向,我们就可以在不使用“百叶窗贴膜”或遮光罩的情况下,我们仍然可以在传递我们的设计理念的同时实现零光线反射。
在FF,我们无所畏惧去挑战任何壁垒,也不会因遇到困难而退缩。通过我们的分析,我们能够确定一种降低成本,增加显示屏亮度并减少散热问题的全新解决方案。 我们所做的一起都是为了打造这款有着尖端科技的车辆,让我们和用户的生活更加紧密联系,互动性更强,更加轻松自如。 FF的目标是通过丰富的数字体验使您的日常通勤成为您一天中的高光时刻,并为您节约更多时间。