Cet article-ci est en réponse à Joël (de www.scout123.net) qui s’amusait avec des lunettes 3D devant un écran d’ordinateur et constate qu’un des deux verres était totalement noir devant l’écran, et m’avait demandé des explications !
J’espère que cet article te permettra de comprendre :).

lunettes 3D devant ecran ordi

Comment se fait-ce ? La réponse réside dans le caractère polarisé de la lumière.

Lumière polarisée

La polarisation de l’onde lumineuse indique la direction selon laquelle l’onde oscille. Avec la lumière du jour (soleil ou une lampe), des ondes de tous les plans de polarisation sont entremêlés. Avec un projecteur de cinéma 3D, seuls certains plans de polarisation bien précis sont émis.
Notez que le plan de polarisation n’est pas à confondre avec le sens de propagation de la lumière. Sur l’image qui suit, les deux ondes se propagent dans le même sens, mais ont des plans de polarisation différents.

principe de la polarisation de la lumiere

Lumière polarisée et verres polarisants

Les lunettes 3D portent des verres dits « polarisants ». Cela veut dire que ces verres sont des filtres qui ne laissent passer la lumière contenue que dans un seul plan de polarisation.
Si on imagine une fourchette de cuisine et une pièce de monnaie : pour que la pièce puisse « traverser » la fourchette, elle doit être dans le même sens que les piques de la fourchette.
Ici, c’est la même chose : un verre polarisant verticalement ne peut laisser passer que les ondes polarisées verticalement et un verre polarisant horizontalement ne laissera lui aussi que passer la lumière horizontalement.

Dans des lunettes 3D avec deux verres on trouve un verre polarisé verticalement et un verre polarisé horizontalement (ceci est faux avec les verres récents, voir plus bas).

lumiere polarisee et filtre polarisant

Sur un écran LCD, la lumière qui nous arrive est aussi polarisée (la technologie LCD est faite ainsi à cause des cristaux liquides justement et ceci n’est qu’une conséquence sans intérêt pour l’utilisateur).
C’est donc quand on regarde un écran LCD avec des lunettes polarisées que les choses deviennent intéressantes : la lumière émise étant polarisées, seul l’un des deux verres laissera passer la lumière, l’autre la bloquera.
Si on tourne les lunettes de 90° sur le côté sans bouger l’écran, alors le verre précédemment transparent devient bloquant et le verre précédemment bloquant devient transparent :

lunettes 3D devant ecran dordi 2

Notez que ceci marche avec tous les écrans LCD et surtout avec les petits écrans à cristaux liquides à cellules comme ceux des calculatrices ou de compteur de vélos.

Polarisation plane, polarisation circulaire

Pour aller plus loin, j’avais proposé à Joël de regarder un miroir au travers des lunettes. Le résultat est particulièrement spectaculaire : l’image d’un verre (le gauche par exemple) devient opaque quand on le regarde au travers du même verre (le gauche).

Ceci ne peut pas s’expliquer avec la lumière polarisée selon un plan (horizontal/vertical), mais s’explique par la polarisation circulaire (avec un sens de rotation horaire/anti-horaire) de la lumière. Les lunettes 3D actuelles n’utilisent plus la polarisation plane mais une polarisation circulaire, qui possède pas mal d’avantages, comme le fait de pouvoir tourner la tête tout en conservant l’impression 3D).

Le principe de filtre à polarisation circulaire fonctionne alors un peu comme le principe vis/écrou : une vis ne rentre que dans un écrou qui a le même sens que lui. Il n’entre pas dans les écrous inversés (écrou de sécurité par exemple). Ici, la lumière ne traverse qu’un polariseur dont le sens de polarisation est le même que le sien.

Donc à priori, la lumière issue d’un verre de gauche ne traverse qu’un autre verre gauche. Seulement nous avons un miroir, et comme le sens du pas de vis semble inversé dans un miroir, la lumière réfléchie a son sens de polarisation inversé. La lumière traversant un verre de gauche, s’inversant sur le miroir ne peut donc passer qu’au travers d’un verre droit ensuite.

La polarisation de la lumière est un phénomène qui est utilisé ici avec des filtres polarisants (les verres) afin de projeter une image différente à chaque œil au cinéma (stéréoscopie). Mais elle est aussi utilisée en cristallographie ou en analyse physico-chimique pour identifier très rapidement des minéraux, cristaux, substances, qui ont chacun leur "signature" au travers de polariseurs.

Les photos ont été fournies par Joël

20 commentaires

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qwerty a dit :

Oui, d'ailleurs je me demandais comment ça marchais en 4e quand on étudiait les cristaux ! Sinon, j'avais jamais essayé devant un écran. C'est dingue quand même, même s'il y a une explication scientifique.

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Uzsini a dit :

Tiens marrant mais mes lunettes (Real D 3D, distribuées dans les cinémas) ne font pas la même chose:
- branches vers l'écran (LCD Sony): horizontalement, les deux verres bloquent la lumière tandis que verticalement, elle passe
- branches vers moi: horizontalement, les teintes de l'écran sont froides (bleutées) tandis que verticalement, elles sont chaudes (orangées)

M'est d'avis que ça vient de la technologie de polarisation: les miennes sont passives, celles de Joël doivent être actives, me trompe-je ?

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Julien et Nel a dit :

La paire de lunette 3d de joel doit etre ancienne : carreau vert et rouge à mon avis. Les nouvelles lunettes 3d pour le cinéma et les tvs sont différentes, je crois.

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scout123 a dit :

J'ai le même type de lunettes que Uzsini, je remarque juste que des fois devant la TV ça passe en diagonale (en gros, à 45°). Sinon, c'est pareil pour les teintes bleutées et orangées ;).

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Le Hollandais Volant a dit :

@Uzsini : Active, ce sont les lunettes qui ont des pilles : elles doivent être synchronisées avec l’écran pour que les verres deviennent alternativement (et rapidement) claires puis sombres. Ceci, là encore pour séparer l’image destinée à l’œil gauche de celui pour l’œil droit.
Passives, ce sont les lunettes que j’ai décrites : basées sur le phénomène optique de polarisation de la lumière (n’ont pas besoin de piles).

Il est possible que ce que tu décris (teintes bleu/orange) viennent de l’écran : les LCD contiennent des cristaux qui polarisent la lumière afin de laisser passer plus ou moins de Rouge/Vert/Bleu (pour faire les couleurs à l’écran). La polarisation est ici bien existante, mais sans intérêt : peut-être que les cristaux bleus et rouges polarisent la lumière de façon différente.

@scout123 : 45°, c’est à mi chemin entre l’horizontale et la verticale : donc il passe un peu de lumière dans chaque verre, aucun n’est favorisé.

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Julien et Nel a dit :

Tu sais Timo au final, ça me fait bien une jambe moi la 3d ...

Je ne vois que d'un oeil donc pour moi c'est de la 2d dans tous les cas.

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Pepper a dit :

chouette explication; merci pour ces détails !

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fb a dit :

@Uzsini :
Je constate exactement la même chose, et je dois dire que j'aimerais bien comprendre ! Ces verres fonctionnent de façon radicalement différente selon que la lumière traverse dans un sens ou dans l'autre ; je pensais qu'un verre polarisé filtrait la lumière de la même façon quel que soit le sens de passage de la lumière, mais ici non... étonnant.
J'ai déduis qu'il s'agit de lunettes destinées à "traiter" une polarisation circulaire, mais je ne m'explique pas pour autant ce phénomène (càd que devant un LCD qui envoie de la lumière polarisée linéairement, le filtrage se comporte comme décrit par Uzsini, devant un miroir le filtrage se comporte comme décrit dans l'article).
Mais comment se fait-ce !?

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Le Hollandais Volant a dit :

@fb :
Il est possible que le verre possède des traitements contre les reflets ou même partiellement la meme chose qu'un miroir sans teint (transparent dans un sens mais pas l'autre).

L'intérêt m'est inconnu, mais ça ne me semble pas impossibe.

Aussi j'imagine que les verres avec une polarisation circulaire traitent aussi indirectement et involontairement la polarisation plane (ce qui me semblerait logique mais je ne suis pas sûr non plus).
La polarisation plane serait donc un cas particulier de la polarisation circulaire ?

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fb a dit :

@Le Hollandais Volant :
Oui, je crois que la polarisation peut être circulaire, ellipsoïde (donc circulaire plus ou moins aplatie) ou linéaire (donc circulaire complètement aplatie). Mais je dirais que le cercle ou la ligne sont des cas particuliers de la forme ellipse, du point de vue purement géométrique ; ce n'est que mon avis (qui ne vaut pas grand chose) !

En tout cas je n'arrive pas à me représenter le traitement de ces verres pour produire ce mécanisme étonnant.

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Le Hollandais Volant a dit :

@fb :


Mais je dirais que le cercle ou la ligne sont des cas particuliers de la forme ellipse


Je pense que c’est bien ça :)


En tout cas je n'arrive pas à me représenter le traitement de ces verres pour produire ce mécanisme étonnant.



Ceci serait possible si on considère que les différentes couleurs d’un écran LCD sont fait avec des cristaux différents (à base d’éléments différents comme l’europium, l’yttrium ou le terbium), donc des cristaux avec des polarisations différentes.
Ainsi, verticalement ou horizontalement, les lunettes filtre les couleurs de façon différentes et indépendantes.

Une autre explication serait que seule l’une des faces du verre soit opaque à certaines polarisations de certaines longueurs d’ondes et non pas l’autre.

Ainsi, verticalement il bloquerait le vert et le rouge (laissant uniquement les nuances bleutés de l’image de l’écran LCD) et horizontalement il bloquerait le vert et le bleu (ne laissant que le rouge le traverser.

Faudrait que je puisse le voir moi même pour être sûr, et faire quelques tests.

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fb a dit :

@Le Hollandais Volant :
Lorsque je regarde le ciel à travers les lunettes branches vers moi, je constate aussi l'effet de température : teinte froide verre horizontal et teinte chaude à 90°. Il semble que la nature des cristaux du LCD n'est pas en cause et que tout se passe au niveau du filtre.

Pour précision : le ciel est légèrement voilé. L'effet est beaucoup moins prononcé que devant un LCD mais bien visible.

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leo a dit :

Bonjour,

j'ai bien suivi tous vos commentaires, mais je n'arrive pas à m'expliquer le fait que sur mes lunettes 3D ( marque MasterImage) j'ai les deux verres qui sont noirs quand je les tiens à la verticale.

(voir image en sur le lien  : photo )

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CaptainBobb a dit :

Bonjour, je regardais aussi attentivement ces lunettes... Elles semblent bien être polarisées circulairement, car l'éclairement ne varie pas avec l'inclinaison. Par contre, en superposant deux lunettes, avec les verres opposés superposés, la lumière passe toujours, je ne comprends plus rien???!!! Et comme le remarquait qqun dans les commentaires précédents, les lunettes à l'envers bloquent la lumière d'un écran LCD, qui pour la plupart sont polarisés à 45°... lorsqu'elles sont inclinées à 45° ---> Polarisation rectiligne horizontale?
Des réponses? Des liens? Merci à tous ;)

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Le Hollandais Volant a dit :

D’après quelques recherches, les lunettes aussi ont une polarisation linéaire inclinée à 45° d’un côté et à 135° de l’autre. D’où le fait qu’on le voit en phase avec l’écran.

. Par contre, en superposant deux lunettes, avec les verres opposés superposés,

Si ce sont des verres polarisés circulairement, attention, si tu les mets devant-contre-devant, verre-droit contre verre-gauche : ils auront la polarisation dans le même sens, à cause du retournement des verres.

Pour les avoir en opposition, il faut les mettre à la queue-leu-leu genre comme ça :
/@@\.
/@@\.

Puis en mettre une sur le dos, mais « regardant » toujours dans la même direction :
./@@\
/@@\.

Là normalement la lumière ne devrait pas passer (je n’ai pas testé par contre).

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Polar a dit :

@Le Hollandais Volant : Comment tu expliques qu'avec l'exp du miroir et de l'extinction du verre par lequel tu te regardes, et bien rien ne se passe si tu regardes (bien sûr tjrs à travers les lunettes) mais cette fois en les mettant face à toi (comme sur le nez d'une personne imaginaire tournant le dos au miroir).

Sinon je confirme l'extinction totale de toute lumière à travers 2 verres de mes lunettes real3D, mis dos à dos (ou face à face), et ce sous un certain angle à Pi près.

PS: mon écran de portable Dell se voit exactement pareil à travers chaque verre d'une paire de real 3D.

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Polar a dit :

Petit complément sur l'extinction totale de toute lumière à travers 2 verres de mes lunettes real3D:
-mis face à face ces 2 verres sont soit noir, soit (Pi/2) violet très foncé au plus lumineux.
-mis dos à dos: ds la configuration claire j'ai une vision inalterée
ça devrait ns aider à comprendre mieux le fonciotnnement de ces realD 3D,(qu'on trouve un peu partout ds les poubelles).

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