Введение
Экран проекции – это установка, состоящая из поверхности и опорной конструкции, используемая для отображения проецируемого изображения для зрителей. Проекционные экраны могут быть стационарно установлены на стену, как в кинотеатре, монтироваться в потолок с использованием сматываемой поверхности, которая втягивается в корпус (такие экраны могут быть моторизованными или управляться вручную), наноситься краской на стену или быть портативными, с использованием штативов или моделей с подъёмной конструкцией, как в конференц-зале или другом неспециализированном помещении для просмотра. Другим популярным типом портативных экранов являются надувные экраны для показа фильмов на открытом воздухе (кинотеатр под открытым небом). Для предотвращения искажения цветопередачи изображения почти исключительно используются однородные белые или серые экраны, а желаемая яркость экрана зависит от ряда факторов, таких как уровень окружающего освещения и световая мощность источника изображения. В зависимости от используемой оптики для проецирования изображения и требуемой геометрической точности, могут применяться как плоские, так и изогнутые экраны, при этом плоские экраны являются более распространенными. Экраны могут быть разработаны для передней или задней проекции, причём системы передней проекции, в которых источник изображения расположен с той же стороны экрана, что и зрители, являются более распространёнными. Существуют различные рыночные сегменты для экранов, предназначенных для использования с цифровыми проекторами, кинопроекторами, кодоскопами и слайд-проекторами, хотя базовая концепция для всех них в целом одинакова: экраны для передней проекции работают за счёт диффузного отражения света, проецируемого на них, в то время как экраны для задней проекции работают за счёт диффузного пропускания света сквозь них.
A projection screen is an installation consisting of a surface and a support structure used for displaying a projected image for the view of an audience. Projection screens may be permanently installed on a wall, as in a movie theater, mounted to or placed in a ceiling using a rollable projection surface that retracts into a casing (these can be motorized or manually operated), painted on a wall, or portable with tripod or floor rising models as in a conference room or other non dedicated viewing space. Another popular type of portable screens are inflatable screens for outdoor movie screening (open air cinema). Uniformly white or grey screens are used almost exclusively as to avoid any discoloration to the image, while the most desired brightness of the screen depends on a number of variables, such as the ambient light level and the luminous power of the image source. Flat or curved screens may be used depending on the optics used to project the image and the desired geometrical accuracy of the image production, flat screens being the more common of the two. Screens can be further designed for front or back projection, the more common being front projection systems, which have the image source situated on the same side of the screen as the audience. Different markets exist for screens targeted for use with digital projectors, movie projectors, overhead projectors and slide projectors, although the basic idea for each of them is very much the same: front projection screens work on diffusely reflecting the light projected on to them, whereas back projection screens work by diffusely transmitting the light through them.
Экран по типу установки в различных настройках
В коммерческих кинотеатрах экран представляет собой отражающую поверхность, которая может быть алюминизированной (для высокой контрастности при умеренном окружающем освещении) или белой поверхностью с небольшими стеклянными шариками (для высокой яркости в темных условиях). На экране также имеется несколько сотен небольших, равномерно расположенных отверстий для обеспечения циркуляции воздуха к динамикам и сабвуферу, которые часто расположены непосредственно за ним. Жесткие настенные экраны идеально сохраняют свою геометрию, что делает их подходящими для применений, требующих точного воспроизведения геометрии изображения. Такие экраны часто используются в домашних кинотеатрах вместе с рулонными экранами. Рулонные экраны (также известные как ручные настенные экраны) часто используются в помещениях, где установка стационарного экрана потребовала бы слишком много места. Обычно в них используется окрашенная ткань, которая сворачивается в корпус экрана, когда он не используется, что делает их менее заметными в нерабочем состоянии. Экраны с фиксированной рамой обеспечивают максимальную равномерность натяжения поверхности экрана, что приводит к оптимальному качеству изображения. Они часто используются в домашних кинотеатрах и профессиональных условиях, где экран не нужно убирать в корпус. Электрические экраны могут быть установлены на стене, на потолке или встраиваемыми в потолок. Обычно это большие экраны, хотя электрические экраны также доступны для домашнего кинотеатра. Электрические экраны аналогичны рулонным, но вместо ручного опускания экрана используется электродвигатель для его подъема и опускания. Электрические экраны обычно управляются с помощью пульта дистанционного управления или настенного выключателя, хотя некоторые проекторы оснащены интерфейсом, который подключается к экрану и автоматически опускает его при включении проектора и поднимает при выключении. Экраны с изменяемой прозрачностью могут переключаться между непрозрачным и прозрачным режимами. В непрозрачном состоянии проецируемое изображение на экране видно с обеих сторон, что идеально подходит для рекламы на витринах магазинов. Мобильные экраны обычно используют рулонный экран на напольной стойке или экран, выдвигающийся из утяжеленного основания. Они используются, когда невозможно или непрактично закрепить экран на стене или потолке. Как мобильные, так и стационарные рулонные экраны могут быть с натяжением или без него. Модели с натяжением стремятся удерживать ткань плоской и неподвижной, в то время как модели без натяжения имеют ткань экрана, свободно свисающую с опорных конструкций. В последних экранах ткань редко остается неподвижной при наличии воздушных потоков в помещении, что приводит к искажениям проецируемого изображения. Специальные экраны могут не относиться ни к одной из этих категорий. К ним относятся не твердые экраны, надувные экраны и другие, которые можно недорого изготовить в домашних условиях. Подробную информацию смотрите в соответствующих статьях.
Увеличение экрана
Одно из наиболее часто упоминаемых свойств экрана домашнего кинотеатра – это коэффициент усиления. Это мера отражательной способности света по сравнению с экраном, покрытым карбонатом магния, диоксидом титана или сульфатом бария, при измерении света, направленного и отраженного перпендикулярно экрану. Диоксид титана имеет ярко-белый цвет, но более высокого коэффициента усиления можно достичь с использованием материалов, которые отражают больше света параллельно оси проекции и меньше – рассеянно. Часто встречающиеся значения коэффициента усиления для различных материалов варьируются от 0,8 для светло-серых матовых экранов до 2,5 для более высокоотражающих экранов с шариками из стекла. Очень высокие значения коэффициента усиления можно получить, используя зеркальную поверхность, однако зрители в этом случае увидят лишь отражение проектора, что сведет на нет смысл использования экрана. Многие экраны с более высоким коэффициентом усиления являются полуглянцевыми и, следовательно, обладают более выраженными зеркальными свойствами, а именно – ярким «горячим пятном» на экране, представляющим собой увеличенное (и сильно размытое) отражение линзы проектора. Мнения расходятся относительно того, когда это «горячее пятно» начинает отвлекать, но большинство зрителей не замечают различий в яркости изображения до 30%, если им не предъявить тестовое изображение и не попросить поискать изменения в яркости. Это связано с тем, что у людей выше чувствительность к контрасту в мелких деталях, чем к изменениям яркости, охватывающим большую площадь экрана. Другие экраны с более высоким коэффициентом усиления являются полуретрорефлекторными. В отличие от зеркал, ретрорефлекторные поверхности отражают свет обратно к источнику. «Горячее пятно» менее выражено на ретрорефлекторных экранах с высоким коэффициентом усиления. При перпендикулярном направлении, используемом для измерения коэффициента усиления, зеркальное отражение и ретрорефлексия неразличимы, что порождает путаницу в отношении поведения экранов с высоким коэффициентом усиления. Вторая распространенная путаница, связанная с коэффициентом усиления экрана, возникает при использовании серых экранов. Если материал экрана выглядит серым при обычном осмотре, то его общая отражательная способность значительно меньше 1. Однако серый экран может иметь измеренный коэффициент усиления 1 или даже значительно больше 1. Геометрическое поведение серого экрана отличается от поведения белого экрана с идентичным коэффициентом усиления. Поэтому, поскольку геометрия важна при использовании экранов, характеристики материалов экрана должны включать как минимум коэффициент усиления и общую отражательную способность. Вместо общей отражательной способности в качестве второй характеристики можно использовать «геометрический коэффициент усиления» (равный коэффициенту усиления, деленному на общую отражательную способность). Изогнутые экраны можно сделать высокоотражающими без появления видимых «горячих пятен», если правильно спроектировать кривизну экрана, расположение проектора и расположение мест для сидения. Цель этой конструкции – заставить экран отражать проецируемый свет обратно на зрителей, эффективно превращая весь экран в гигантское «горячее пятно». Если угол отражения одинаков по всей площади экрана, то не будет возникать отвлекающих артефактов. Полузеркальные экраны с высоким коэффициентом усиления подходят для установки проектора на потолке, поскольку наибольшая интенсивность света будет отражаться вниз к зрителям под углом, равным и противоположным углу падения. Однако для зрителя, сидящего сбоку от центральной оси, противоположная сторона экрана будет значительно затемнена по той же причине. Некоторые структурированные экраны полузеркально отражают в вертикальной плоскости и более диффузно – в горизонтальной, чтобы избежать этой проблемы. Экраны с шариками из стекла демонстрируют явление ретрорефлексии: свет отражается обратно к источнику интенсивнее, чем в любом другом направлении. Они лучше всего подходят для конфигураций, в которых источник изображения расположен в том же направлении от экрана, что и зрители. При использовании ретрорефлекторных экранов центр экрана может быть ярче периферии, что является своего рода «горячим пятном». Это отличается от полузеркальных экранов, где положение «горячего пятна» меняется в зависимости от положения зрителя. Ретрорефлекторные экраны считаются предпочтительными из-за высокой интенсивности изображения, которую они могут обеспечить при заданном световом потоке проектора.
barium sulfate when the measurement is taken for light targeted and reflected perpendicular to the screen. Titanium dioxide is a bright white colour, but greater gains can be accomplished with materials that reflect more of the light parallel to projection axis and less off axis. Frequently quoted gain levels of various materials range from 0.8 of light grey matte screens to 2.5 of the more highly reflective glass bead screens. Very high gain levels could be attained simply by using a mirror surface, although the audience would then just see a reflection of the projector, defeating the purpose of using a screen. Many screens with higher gain are simply semi glossy, and so exhibit more mirror like properties, namely a bright "hot spot" in the screen—an enlarged (and greatly blurred) reflection of the projector's lens. Opinions differ as to when this "hot spotting" begins to be distracting, but most viewers do not notice differences as large as 30% in the image luminosity, unless presented with a test image and asked to look for variations in brightness. This is possible because humans have greater sensitivity to contrast in smaller details, but less so in luminosity variations as great as half of the screen. Other screens with higher gain are semi retroreflective. Unlike mirrors, retroreflective surfaces reflect light back toward the source. Hot spotting is less of a problem with retroreflective high gain screens. At the perpendicular direction used for gain measurement, mirror reflection and retroreflection are indistinguishable, and this has sown confusion about the behavior of high gain screens. A second common confusion about screen gain arises for grey colored screens. If a screen material looks grey on casual examination then its total reflectance is much less than 1. However, the grey screen can have measured gain of 1 or even much greater than 1. The geometric behavior of a grey screen is different from that of a white screen of identical gain. Therefore, since geometry is important in screen applications, screen materials should be at least specified by their gain and their total reflectance. Instead of total reflectance, "geometric gain" (equal to the gain divided by the total reflectance) can be the second specification. Curved screens can be made highly reflective without introducing any visible hot spots, if the curvature of the screen, placement of the projector and the seating arrangement are designed correctly. The object of this design is to have the screen reflect the projected light back to the audience, effectively making the entire screen a giant "hot spot". If the angle of reflection is about the same across the screen, no distracting artifacts will be formed. Semi specular high gain screen materials are suited to ceiling mounted projector setups since the greatest intensity of light will be reflected downward toward the audience at an angle equal and opposite to the angle of incidence. However, for a viewer seated to one side of the audience the opposite side of the screen is much darkened for the same reason. Some structured screen materials are semi specularly reflective in the vertical plane while more perfectly diffusely reflective in the horizontal plane to avoid this. Glass bead screens exhibit a phenomenon of retroreflection; the light is reflected more intensely back to its source than in any other direction. They work best for setups where the image source is placed in the same direction from the screen as the audience. With retroreflective screens, the screen center might be brighter than the screen periphery, a kind of hot spotting. This differs from semi specular screens where the hot spot's location varies depending on the viewer's position in the audience. Retroreflective screens are seen as desirable due to the high image intensity they can produce with a given luminous flux from a projector.
Геометрия экрана
Квадратные экраны, используемые для потолочных проекторов, иногда также применяются в качестве проекционных экранов для цифровых проекторов в переговорных комнатах, где пространство ограничено и использование нескольких экранов может показаться излишним. Эти экраны по определению имеют соотношение сторон 1:1. Большинство источников изображений рассчитаны на проецирование идеально прямоугольного изображения на плоский экран. Если зрители находятся относительно близко к проектору, вместо этого можно использовать изогнутый экран, не вызывающий заметных искажений геометрии изображения. Зрители, находящиеся ближе или дальше, заметят дисторсию в виде "подушки" или "бочки", а кривизна экрана станет очевидной при взгляде сбоку от центральной оси.
Яркость и контрастность изображения
Видимый контраст проецируемого изображения – диапазон яркости – зависит от условий окружающего освещения, световой мощности проектора и размера проецируемого изображения. Больший размер экрана означает меньшую яркость (световой поток на единицу площади) и, следовательно, меньший контраст при наличии окружающего света. При проецировании изображения в помещении всегда создается определенное количество света, что повышает уровень окружающего освещения и, таким образом, ухудшает качество изображения. Этот эффект можно уменьшить, используя темные цвета в оформлении помещения. Реальная ситуация в комнате отличается от коэффициентов контрастности, заявленных производителями проекторов, которые измеряют уровни яркости при отображении полного черного и полного белого, чтобы получить максимально высокие значения. Производители экранов для домашних кинотеатров пытались решить проблему влияния окружающего света, разрабатывая поверхности экранов, которые направляют больше света обратно к источнику. Логика этого подхода основана на размещении источника изображения близко к зрителям, чтобы они могли видеть повышенный уровень отраженного света на экране. Высокоотражающие плоские экраны склонны к появлению "горячих точек", когда часть экрана кажется значительно ярче остальной. Это связано с высокой направленностью (зеркальным отражением) таких экранов. Экраны с высоким коэффициентом усиления также имеют более узкий оптимальный угол обзора, поскольку количество отраженного света быстро уменьшается при перемещении зрителя в сторону от центра экрана. Благодаря этому эффекту, такие экраны также менее восприимчивы к окружающему свету, попадающему с боков.
Серые экраны
Относительно недавняя попытка улучшить воспринимаемое качество изображения – это внедрение серых экранов, способных отображать более глубокие темные тона, чем белые. Маттовый серый экран не имеет преимуществ перед матовым белым экраном в плане контрастности; современные серые экраны разрабатываются с коэффициентом усиления, аналогичным матовым белым экранам, но с более темным внешним видом. Темный (серый) экран, разумеется, отражает меньше света – как от проектора, так и от окружающего освещения. Это снижает яркость как проецируемого изображения, так и окружающего света, поэтому светлые участки изображения становятся тусклее, а темные – темнее; белый цвет менее яркий, но предполагаемый черный приближается к абсолютно черному. Поэтому многие производители экранов справедливо называют свои серые экраны "высококонтрастными" моделями. Хотя проекционный экран не может улучшить фактический уровень контрастности проектора, он может повысить воспринимаемую контрастность. В оптимальной комнате просмотра проекционный экран является отражающим, а окружающие поверхности – нет. Уровень окружающего освещения связан с общей отражающей способностью экрана и окружающих поверхностей. Если площадь экрана значительно больше площади окружающих поверхностей, вклад экрана в общее освещение может быть доминирующим, а влияние неэкранных поверхностей комнаты может быть незначительным. Примеры этого можно найти в планетариях и кубах виртуальной реальности с технологией фронтальной проекции. Некоторые планетарии с куполообразными проекционными экранами покрасили внутреннюю поверхность купола в серый цвет, чтобы уменьшить негативное влияние взаимных отражений при одновременном отображении изображений Солнца и более тусклых объектов. Серые экраны предназначены для использования с мощными источниками изображения, способными обеспечить достаточную яркость, чтобы белые участки изображения оставались белыми, используя нелинейное восприятие яркости человеческим глазом. Люди могут воспринимать широкий диапазон яркости как "белый", если визуальные подсказки в окружающей среде подтверждают такую интерпретацию. Таким образом, серый экран может в одних условиях успешно создавать яркое изображение, а в других – нет. По сравнению с белым экраном, серый экран отражает меньше света в комнату и меньше света от нее, что делает его все более эффективным в работе со светом, исходящим от проектора. Окружающее освещение от других источников может достигать глаза сразу после отражения от поверхности экрана, не давая преимущества перед белым экраном с высоким коэффициентом усиления в плане контрастности. Поэтому потенциал серого экрана лучше всего реализуется в затемненном помещении, где единственным источником света является проектор. Технология серых экранов значительно улучшилась в последние годы, отчасти благодаря своей популярности. Серые экраны теперь доступны с различными уровнями усиления и оттенками серого.
Экраны с отражательным эффектом
Некоторые экраны, как утверждается, избирательно отражают узкие полосы длин волн света проектора, поглощая при этом другие длины волн в оптическом спектре. Sony производит экран, который выглядит серым при обычном освещении и предназначен для снижения влияния окружающего света. Утверждается, что это достигается за счет преимущественного поглощения окружающего света цветов, не используемых проектором, и преимущественного отражения цветов красного, зеленого и синего, которые использует проектор. Подлинный экран с селективным отражением цвета не был подтвержден. Компании Dai Nippon Printing (DNP) и Screen Innovations представили экран, повышающий контрастность, который основан на тонких слоях черных жалюзи, а не на свойствах селективного отражения длин волн.
Экран как оптический элемент
В оптимально настроенной системе поверхность экрана проекции и плоскость реального изображения должны совпадать. С оптической точки зрения, для формирования изображения экран не требуется; экраны используются скорее для того, чтобы изображение стало видимым.