Проекционный экран — это установка, состоящая из поверхности и опорной конструкции, используемая для показа проецируемого изображения для просмотра публикой. Проекционные экраны могут быть постоянно установлены на стене, как в кинотеатре , прикреплены или размещены на потолке с помощью сворачиваемой проекционной поверхности, которая убирается в корпус (они могут быть моторизованными или с ручным управлением), нарисованы на стене [1] или переносные со штативом или напольные модели, как в конференц-зале или другом неспециализированном помещении для просмотра. Другим популярным типом переносных экранов являются надувные экраны для показа фильмов на открытом воздухе ( кинотеатр под открытым небом ). [2]
Почти всегда используются равномерно белые или серые экраны, чтобы избежать обесцвечивания изображения, в то время как наиболее желаемая яркость экрана зависит от ряда переменных, таких как уровень окружающего освещения и световая мощность источника изображения. Плоские или изогнутые экраны могут использоваться в зависимости от оптики, используемой для проецирования изображения, и желаемой геометрической точности производства изображения, плоские экраны являются более распространенными из двух. Экраны могут быть дополнительно спроектированы для фронтальной или обратной проекции , более распространенными являются системы фронтальной проекции, в которых источник изображения расположен с той же стороны экрана, что и аудитория.
Существуют различные рынки экранов, предназначенных для использования с цифровыми проекторами , кинопроекторами , проекторами верхнего расположения и проекторами для слайдов , хотя основная идея для каждого из них во многом одинакова: экраны прямой проекции работают за счет диффузного отражения проецируемого на них света, тогда как экраны обратной проекции работают за счет диффузного пропускания света через себя.
В коммерческих кинотеатрах экран представляет собой отражающую поверхность, которая может быть либо алюминизированной (для высокой контрастности при умеренном окружающем освещении), либо белой поверхностью с мелкими стеклянными шариками (для высокой яркости в темных условиях). Экран также имеет сотни небольших, равномерно расположенных отверстий для пропуска воздуха к динамикам и сабвуферу, которые часто находятся прямо за ним.
Жесткие настенные экраны прекрасно сохраняют свою геометрию, что делает их пригодными для приложений, требующих точного воспроизведения геометрии изображения. Такие экраны часто используются в домашних кинотеатрах , наряду с выдвижными экранами.
Складывающиеся экраны (также известные как ручные настенные экраны) часто используются в помещениях, где стационарный экран потребовал бы слишком много места. Обычно они используют окрашенную ткань, которая сворачивается в корпус экрана, когда не используется, что делает их менее навязчивыми, когда экран не используется.
Экраны с фиксированной рамой обеспечивают наивысший уровень равномерного натяжения на поверхности экрана, что приводит к оптимальному качеству изображения. Они часто используются в домашних кинотеатрах и профессиональных средах, где экран не нужно утапливать в корпус.
Электрические экраны могут быть настенными, потолочными или встраиваемыми в потолок. Часто это большие экраны, хотя электрические экраны также доступны для использования в домашних кинотеатрах. Электрические экраны похожи на опускающиеся экраны, но вместо того, чтобы вручную опускать экран, электродвигатель поднимает и опускает экран. Электрические экраны обычно поднимаются или опускаются с помощью пульта дистанционного управления или настенного переключателя, хотя некоторые проекторы оснащены интерфейсом, который подключается к экрану и автоматически опускает экран при включении проектора и поднимает его при выключении проектора.
Переключаемые проекционные экраны могут переключаться между непрозрачным и прозрачным режимом. В непрозрачном состоянии проецируемое на экран изображение можно просматривать с обеих сторон. Очень хорошо подходит для рекламы на витринах магазинов.
Мобильные экраны обычно используют либо выдвижной экран на свободной подставке, либо выдвижной экран с утяжеленной основой. Их можно использовать, когда невозможно или непрактично крепить экран к стене или потолку.
Как мобильные, так и постоянно установленные экраны могут быть натянутыми или ненатянутыми. Натянутые модели пытаются удерживать ткань плоской и неподвижной, тогда как ненатянутые модели имеют ткань экрана, свободно свисающую с их опорных конструкций. В последних экранах ткань редко может оставаться неподвижной, если в помещении есть потоки воздуха, что приводит к несовершенству проецируемого изображения.
Специальные экраны могут не попадать ни в одну из этих категорий. К ним относятся несплошные экраны, надувные экраны и другие, и их можно недорого изготовить дома. Для получения дополнительной информации см. соответствующие статьи.
Одним из наиболее часто упоминаемых свойств экрана домашнего кинотеатра является коэффициент усиления . Это мера отражательной способности света по сравнению с экраном, покрытым карбонатом магния , диоксидом титана [3] или сульфатом бария , когда измерение проводится для света, направленного и отраженного перпендикулярно экрану. Диоксид титана имеет яркий белый цвет, но большего усиления можно добиться с материалами, которые отражают больше света параллельно оси проекции и меньше вне ее.
Часто цитируемые уровни усиления различных материалов варьируются от 0,8 для светло-серых матовых экранов до 2,5 для более высокоотражающих стеклянных шариковых экранов. Очень высокие уровни усиления могут быть достигнуты просто с помощью зеркальной поверхности, хотя тогда зрители будут видеть только отражение проектора, что сводит на нет смысл использования экрана. Многие экраны с более высоким усилением просто полуглянцевые и поэтому демонстрируют больше зеркальных свойств, а именно яркую «горячую точку» на экране — увеличенное (и сильно размытое) отражение линзы проектора. Мнения расходятся относительно того, когда эта «горячая точка» начинает отвлекать, но большинство зрителей не замечают разницы в яркости изображения, достигающей 30%, если только им не показывают тестовое изображение и не просят обратить внимание на изменения яркости. Это возможно, потому что люди более чувствительны к контрасту в мелких деталях, но менее чувствительны к изменениям яркости, достигающим половины экрана. Другие экраны с более высоким усилением являются полуретроотражающими. В отличие от зеркал, световозвращающие поверхности отражают свет обратно к источнику. Горячие точки — меньшая проблема для световозвращающих экранов с высоким коэффициентом усиления. В перпендикулярном направлении, используемом для измерения усиления, зеркальное отражение и световозвращающее отражение неразличимы, и это посеяло путаницу в поведении экранов с высоким коэффициентом усиления.
Вторая распространенная путаница относительно усиления экрана возникает для экранов серого цвета. Если материал экрана выглядит серым при поверхностном осмотре, то его полное отражение намного меньше 1. Однако серый экран может иметь измеренное усиление 1 или даже намного больше 1. Геометрическое поведение серого экрана отличается от поведения белого экрана с идентичным усилением. Поэтому, поскольку геометрия важна в применении экранов, материалы экрана должны быть как минимум указаны по их усилению и полному отражению. Вместо полного отражения второй спецификацией может быть «геометрическое усиление» (равное усилению, деленному на полное отражение).
Изогнутые экраны можно сделать высокоотражающими, не создавая видимых горячих точек, если изгиб экрана, размещение проектора и расположение сидений спроектированы правильно. Цель этой конструкции — заставить экран отражать проецируемый свет обратно в аудиторию, фактически превращая весь экран в гигантскую «горячую точку». Если угол отражения примерно одинаков по всему экрану, то никаких отвлекающих артефактов не будет.
Полузеркальные экранные материалы с высоким коэффициентом усиления подходят для потолочных проекторов, поскольку наибольшая интенсивность света будет отражаться вниз к зрителям под углом, равным и противоположным углу падения. Однако для зрителя, сидящего с одной стороны от зрителей, противоположная сторона экрана будет значительно затемнена по той же причине. Некоторые структурированные экранные материалы являются полузеркально отражающими в вертикальной плоскости, в то время как более совершенно диффузно отражающими в горизонтальной плоскости, чтобы избежать этого. Экраны со стеклянными шариками демонстрируют явление ретрорефлексии : свет отражается обратно к своему источнику более интенсивно, чем в любом другом направлении. Они лучше всего подходят для установок, где источник изображения расположен в том же направлении от экрана, что и зрители. В случае ретрорефлекторных экранов центр экрана может быть ярче, чем периферия экрана, своего рода горячая точка. Это отличается от полузеркальных экранов, где местоположение горячей точки меняется в зависимости от положения зрителя в аудитории. Световозвращающие экраны считаются востребованными из-за высокой интенсивности изображения, которую они могут создать при заданном световом потоке проектора.
Проекционные экраны почти всегда имеют прямоугольную форму. Обычно они соответствуют стандартному соотношению сторон дисплея . Для большинства домашних кинотеатров есть два соотношения сторон. 16:9 и Cinemascope . [4]
Для учебных классов, предприятий и религиозных учреждений чаще всего используется соотношение сторон проекционного экрана 16:10 , поскольку оно соответствует соотношению сторон, используемому во многих современных компьютерах. [5]
Квадратные экраны, используемые для проекторов верхнего расположения, иногда также используются в качестве проекционных экранов для цифровых проекторов в конференц-залах, где мало места и несколько экранов могут показаться излишними. По определению, эти экраны имеют соотношение сторон 1:1.
Большинство источников изображения разработаны для проецирования идеально прямоугольного изображения на плоский экран. Если зрители находятся относительно близко к проектору, вместо него можно использовать изогнутый экран без видимых искажений в геометрии изображения. Зрители, находящиеся ближе или дальше, увидят искажение в виде подушечки или бочки , а изогнутая природа экрана станет очевидной при просмотре вне оси.
Видимый контраст в проецируемом изображении — диапазон яркости — зависит от условий окружающего освещения, световой мощности проектора и размера проецируемого изображения. Больший размер экрана означает меньшую яркость (световая мощность на единицу телесного угла на единицу площади) и, следовательно, меньшую контрастность при наличии окружающего освещения. Некоторый свет всегда будет создаваться в комнате при проецировании изображения, увеличивая уровень окружающего освещения и, таким образом, способствуя ухудшению качества изображения. Этот эффект можно уменьшить, украсив комнату темными цветами. Реальная ситуация в комнате отличается от коэффициентов контрастности, рекламируемых производителями проекторов, которые регистрируют уровни освещенности при полностью черном / полностью белом проекторе, обеспечивая максимально высокие коэффициенты контрастности.
Производители экранов для домашних кинотеатров попытались решить проблему окружающего света, внедрив поверхности экрана, которые направляют больше света обратно к источнику света. Обоснование этого подхода заключается в том, что источник изображения должен быть расположен рядом со зрителями, так что зрители фактически увидят повышенный уровень отраженного света на экране.
Плоские экраны с высокой отражательной способностью, как правило, страдают от горячих точек, когда часть экрана кажется намного ярче остальной части. Это является результатом высокой направленности (зеркальности) таких экранов. Экраны с высоким коэффициентом усиления также имеют более узкий полезный угол обзора , поскольку количество отраженного света быстро уменьшается по мере того, как зритель удаляется от передней части такого экрана. Из-за указанного эффекта эти экраны также менее уязвимы для окружающего света, идущего с боков экрана.
Относительно недавней попыткой улучшить воспринимаемое качество изображения стало введение серых экранов, которые более способны к более темным тонам, чем их белые аналоги. Матово-серый экран не имел бы никаких преимуществ перед матово-белым экраном с точки зрения контрастности; современные серые экраны скорее разработаны так, чтобы иметь коэффициент усиления, аналогичный коэффициенту матово-белых экранов, но более темный вид. Более темный (серый) экран, конечно, отражает меньше света — как света от проектора, так и окружающего света. Это снижает яркость (яркость) как проецируемого изображения, так и окружающего света, поэтому, хотя светлые области проецируемого изображения более тусклые, темные области темнее; белый цвет менее яркий, но предполагаемый черный цвет ближе к фактическому черному. Многие производители экранов поэтому справедливо называют свои серые экраны «высококонтрастными» моделями.
Хотя проекционный экран не может улучшить уровень контрастности проектора, воспринимаемую контрастность можно усилить.
В оптимальной комнате для просмотра проекционный экран является отражающим, а окружение — нет. Уровень окружающего освещения связан с общей отражательной способностью экрана, а также с отражательной способностью окружения. В случаях, когда площадь экрана велика по сравнению с окружающей средой, вклад экрана в окружающее освещение может доминировать, а влияние неэкранных поверхностей комнаты может быть даже незначительным. Некоторые примеры этого — планетарии и кубы виртуальной реальности с технологией фронтальной проекции. Поэтому некоторые планетарии с куполообразными проекционными экранами решили покрасить внутреннюю часть купола в серый цвет, чтобы уменьшить ухудшающий эффект взаимных отражений, когда изображения солнца отображаются одновременно с изображениями более тусклых объектов.
Серые экраны разработаны для использования мощных источников изображения, которые способны производить адекватные уровни яркости, так что белые области изображения по-прежнему выглядят белыми, используя нелинейное восприятие яркости человеческим глазом. Люди могут воспринимать широкий диапазон яркости как «белый», пока визуальные подсказки, присутствующие в окружающей среде, предполагают такую интерпретацию. Таким образом, серый экран может почти так же успешно передавать яркое изображение или не делать этого в других обстоятельствах.
По сравнению с белым экраном, серый экран отражает меньше света в комнату и меньше света из комнаты, что делает его более эффективным в борьбе со светом, исходящим от проектора. Окружающий свет, исходящий от других источников, может достигать глаз сразу после отражения от поверхности экрана, не давая никаких преимуществ перед белым экраном с высоким коэффициентом усиления с точки зрения коэффициента контрастности. Таким образом, потенциальное улучшение от серого экрана может быть лучше всего реализовано в затемненной комнате, где единственным источником света является проектор.
Отчасти подпитываемая популярностью, технология серого экрана значительно улучшилась в последние годы. Серые экраны теперь доступны в различных уровнях усиления и шкалы серого.
Некоторые экраны, как утверждается, избирательно отражают узкие длины волн света проектора, поглощая другие длины волн в оптическом спектре . Sony производит экран [6] , который выглядит серым при обычном комнатном освещении и предназначен для уменьшения эффекта окружающего света. [7] Предполагается, что это работает путем преимущественного поглощения окружающего света цветов, не используемых проектором, при преимущественном отражении цветов красного, зеленого и синего света, используемых проектором. [8] Настоящий цветоселективный экран не был обоснован. Dai Nippon Printing (DNP) и Screen Innovations представили экран, усиливающий контраст, который основан на тонких слоях черных жалюзи, а не на свойствах отражения, селективных по длине волны. [9]
В оптимально настроенной системе поверхность проекционного экрана и реальная плоскость изображения совпадают. С оптической точки зрения экран не нужен для формирования изображения; экраны скорее используются для того, чтобы сделать изображение видимым.
