3.3.1. Отражательные экраны

Отражательные экраны могут иметь плоскую, цилиндрическую (полусферическую) или сферическую форму. Цилиндрические экраны изогнуты только в одном (вертикальном) направлении, сферические – в двух. Цилиндрические экраны иногда называют полуизогнутыми (Semi-curved), а сферические – изогнутыми (Curved).

Плоские отражательные экраны в зависимости от материала и структуры покрытия бывают белыми (матовыми), серебристыми (с порошковым алюминированием) или бисерными (с покрытием из микроскопических стеклянных шариков) [25, 26].

Бело-матовые (диффузные) экраны имеют широкую диаграмму направленности (до 180°) при ρ_о≤1 , что дает возможность зрителям свободно расположиться в кинозале, но необходим видеопроектор с большим световым потоком. Поэтому такие экраны используются преимущественно для LCD- и DLP-проекторов со световым потоком 7000 лм и более. Для видеопроекторов с меньшим световым потоком, требуются экраны с большим коэффициентом яркости, если проекция производится на большой экран или в светлом помещении.

Серебристые экраны, которые также называют металлизированными, относятся к светонаправленным экранам. Они обеспечивают в 2 – 4 раза большую яркость, но имеют узкую диаграмму направленности. Для их изготовления применяются различные алюминиевые порошки и пудры со структурой зерна чешуйчатой или пластинчатой формы и имеющие определенный химический состав, например, используются сорта алюминиевой пудры типа ПАК-3 и ПАК-4 на связующей основе, которые наносятся на поливинилхлоридную пленку.

Перламутровые экраны типа “Перлюкс” имеют отражающую основу из пластиката, на которую нанесен специальный перламутровый лак со взвешенными в нем кристаллами солей тяжелых металлов, например хлорокись висмута, карбонат свинца и др., имеющими длину 10 – 20 мкм и толщину около 1 мкм. Поверхность экрана визуально производит впечатление перламутровой. Часть света, падающего на такой экран, проходит сквозь кристаллы и отражается диффузно от основы. Остальная часть света отражается от поверхности кристаллов значительно более направленно. Сочетание этих двух отражений дает в результате определенную диаграмму направленности отраженного света.

По светотехническим параметрам экраны типа “Перлюкс” находятся между диффузными белыми экранами с коэффициентом яркости 0,8 и углом светорассеяния около 160° и металлизированными экранами с коэффициентом яркости 2 – 4 и углом светорассеяния около 50°.

Бисерные (жемчужные) экраны представляют собой подложку из пластиката, покрытую стеклянными или другими прозрачными, например из плексигласа, микроскопическими шариками диаметром 10 – 30мкм. Склеивающим веществом для удержания шариков на поверхности полотна из пластиката могут быть: жидкое стекло, эфироцеллюлозные лаки, смолы или желатина.

Светотехнические параметры бисерных экранов зависят от материала шариков, их размера и расположения на полотне. Шарики большего диаметра дают высокий коэффициент яркости в пределах телесного угла 30 – 40°. Уменьшение диаметра шариков приводит к снижению коэффициента яркости и улучшению характеристики светораспределения.

Бисерные экраны создают наибольшую яркость, но, как и серебристые, обладают узкой диаграммой направленности, т.е. для зрителей, расположенных сбоку от оси проекции, изображение затемнено. Кроме того, такие экраны могут создавать паразитные цветные окантовки на изображении.

Экраны с заданной геометрией формы, например сферические, обеспечивают коэффициент яркости в 5 – 15 раз больше по сравнению с плоским белым (диффузным) экраном. Однако свет концентрируется этим экраном в осевом и ослабляется в других направлениях, поэтому угол наблюдения в плоскости изгиба соответственно уменьшается. Покрытием сферических экранов, как правило, служит текстурированная мелкими углублениями алюминиевая фольга. Размеры и шаг углублений или частиц покрытия так малы, что зритель не замечает возникающей дискретности изображения.

Цилиндрическая форма экрана при широкоэкранной проекции усиливает так называемый панорамный эффект (или эффект участия) и тем самым способствует созданию реальности происходящих на экране событий. Для таких экранов рекомендуется вогнутая цилиндрическая форма с радиусом кривизны, равным проекционному расстоянию, а для экранов типа ЭНАР (экран направленный алюминированный растровый) – от 1,0 до 0,8 проекционного расстояния.

Если для бело-матовых диффузных экранов вогнутая форма имеет значение только для усиления панорамного эффекта, то для экранов направленного действия изгиб экрана способствует также и улучшению равномерности яркости изображения. На рис. 3.5 показаны индикатрисы коэффициентов яркости для плоского и вогнутого экранов.

Вследствие эллипсоидной формы индикатрис коэффициентов яркости и направления их максимумов в соответствующие стороны яркость изображения точек 1, 0 и 2 при плоском экране будет разной для зрителей, находящихся в разных участках зрительного зала.

При вогнутом экране максимумы коэффициентов яркости каждой точки экрана направляются к оси его цилиндрической поверхности и этим самым улучшают равномерность яркости изображения для всех зрителей.

Рис. 3.5. Индикатрисы коэффициентов яркости для плоского и вогнутого металлизированных экранов

Использование экранов направленного действия, у которых направление максимума яркости подчиняется закону зеркального отражения, приводит к необходимости соответствующим образом наклонять экран (рис. 3.6)

Наклон выбирается так, чтобы направить максимум отраженного света в середину зала. Несоблюдение этого требования приводит к тому, что в некоторых местах зала зрители будут видеть изображение на экране недостаточно и неравномерно ярким, а в других местах зала изображение на отдельных участках экрана будет казаться чересчур ярким.

При выборе угла наклона экрана необходимо исходить также из того, чтобы была одинаковая яркость для зрителей первого ряда в отношении верхнего края экрана, а для зрителей последнего ряда (если есть балкон – последнего ряда балкона) – в отношении нижнего края экрана.

На рис. 3.6. видно что при вертикальном угле видеопроекции β сверху вниз, равном 12˚, угол наклона металлизированного экрана γ в зале без балкона составляет 2,4˚. Расчеты показывают что при этом угле видеопроекции в зале с балконом наклон экрана не потребуется [26].

Большие углы наклона экрана, как известно, приводят к значительным геометрическим искажениям проецируемого на него изображения. Поэтому очень невыгодными для наклона металлизированных экранов являются вертикальные углы видеопроекции снизу вверх. Так, при вертикальном угле видеопроекции снизу вверх β=3˚ наклон экрана составляет в зале без балкона γ=10,4˚, а в зале с балконом γ=7,2˚.

Для создания стереофонических звуковых эффектов применяют перфорированные проекционные экраны, пропускающие к зрителям звуковые волны от громкоговорителей, расположенных за экраном. Шаг и относительная плотность перфорированных отверстий выбирают таким образом, чтобы наличие отверстий практически не сказывалось на качестве и яркости изображения.

Рис. 3.6. Наклон металлизированного экрана

В табл. 3.7, 3.8 и 3.9 представлены основные параметры отражательных экранов отечественного производства.

Таблица 3.7

Параметры отечественных отражательных экранов

Тип экрана для кинопоказа	Обозначе- ние типа	Коэффициент отражения ρ0	Коэффициент яркости		Полезный угол светорассея- ния 2α
			осевой r0	Усреднен ный rср
Бело-матовый из пластика: неперфорирован- ный	ЭБМ-Н	0,82	0,82	0,78	2х90°
перфорированный	ЭБМ-П	0,78	0,78	0,75	2х90°
Алюминирован- ный растровый из пластиката: неперфорирован- ный	ЭНАР-М	0,70		1,25	2х70°по горизонтали
перфорированный	ЭНАР-П	0,67		1,20	2х30°по вертикали

Таблица 3.8

Параметры отражательных перламутровых и металлизированных экранов

Изготовитель Характеристика	ПО «Искож», г. Тверь	«Киноэкран», ПО «Укркинотехника», г. Киев
Тип экрана	Перламутровый	Металлизированный
Диагональ, м	2,2	2,2
Осевой коэффициент яркости (усиление)	1,9	3,2
Угол половинной яркости, град.	±20	±15
Условия эксплуатации: температура, °С	От +5 до +40	От +5 до +40
Относительная влажность при +25°С, %	До 93	До 93

Таблица 3.9

Параметры сферических отражательных экранов

Осевой коэффициент яркости (усиление)	Зона наблюдения, град.
	по горизонтали	по вертикали
1,2	±55	±57,5
5,9	±21	±24,0
28,0	±4,5	±5,1

За рубежом разработкой экранов для видеопроекции занимается ряд фирм. Фирма Kodak разработала экраны типа Ektalite с высоким (до 15 и более) осевым коэффициентом яркости, представляющие собой жесткую сферическую отражательную поверхность. Рабочим слоем служит алюминиевая фольга, прокатанная между двумя металлическими вальцами. В результате экран приобретает мелкозернистую структуру с особым расположением частиц алюминия, что делает его эффективным для видеопроекции при дневном или искусственном свете вследствие слабого влияния засветки. Характеристика направленности такого экрана различна в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Углы светорассеяния по горизонтали и по вертикали составляют соответственно ±23˚ и ±10˚ [3]

Фирма Sony выпустила серию видеопроекционных экранов, для которых приняты следующие обозначения:

• первый компонент – название серии, например VPS (Video Projection Screen);

• второй компонент – диагональ экрана в дюймах;

• третий компонент – тип экрана: F – плоский (Flat); YG – с высоким усилением (High Gain); R – рир-проекционный (Rear Screen); C – вогнутый (Concave).

Для свертываемых моторизованных экранов первым компонентом является VPE (E ­– Electronic); для натягиваемых на раму VPT (T – Tension); для закрепляемых на стене – VPH (H – Hang-up).

В настоящее время ведущими компаниями по производству экранов для кино- и видеопроекции являются: Harkness Hall (Великобритания); MW (Чехия); LENSA (Канада); DRAPER (США); Dequssa (Германия) и Altuglas International (Франция) [21, 27, 28]. Компания Harkness Hall выпускает отражательные бело-матовые экраны Matt Plus и перламутровые экраны серии Perlux. Экраны Matt Plus на основе из гибкого поливинилхлорида имеют равномерное распределение отражательного света в пределах угла 160⁰ и более и осевой коэффициент яркости r₀=1. Экраны Perlux 140 и Perlux 180 специально разработаны для удовлетворения спроса на экраны со средним коэффициентом усиления и позволяют получить высокое качество изображения, когда используются проекторы с небольшим световым потоком в незатемненных помещениях или когда требуется проекционная поверхность большого размера. Максимальное отражение света обеспечивается в пределах угла 60-80⁰ не зависимо от наклона экрана и угла проекции. Коэффициент яркости r₀=1,4 (Perlux 140) и r₀=1,8 (Perlux 180), стационарный максимальный размер экранов составляет 30х11 м. Экраны Perlux 220 созданы с учетом повышения яркости экрана, в частности экрана большого размера, используемого с пассивными технологиями трехмерного (3D) кинопоказа, не применяющими поляризованный свет, например Dolby 3D. Такие экраны также эффективны при использовании систем трехмерного показа с активными очками с электронными затворами. Экраны Perlux 220 могут использоваться для проекции обычных 2D изображений, но для этого должна быть снижена мощность лампы. Для проекционных 3D систем, использующих поляризованный свет, разработаны серебристые экраны Harkness Hall Spectral 240 3D и KDC, которые обеспечивают более высокое качество цветопередачи и большую яркость экрана. Такие экраны имеют коэффициент яркости r₀=2,6, максимальный размер 21х10 м и наибольшее отражение света в пределах угла 50-60⁰.

Компания MW выпускает большой ассортимент отражательных экранов, от мобильных для домашних кинотеатров или презентаций, до настенных моторизированных экранов с размерами 20х7 м и более. В качестве отражающих покрытий экранов компанией разработано 14 видов таких покрытий с двумя различными коэффициентами яркости для каждого типа экранов, включая 3 поверхности для проекции на просвет и поверхность для 3D проекции. Экранные поверхности Matt White типа D (diffuse) имеют бело-матовую поверхность и отражают свет равномерно во всех направлениях (горизонтально и вертикально), обеспечивают коэффициент яркости r₀=1,089 и угол обзора до 180⁰. Экранные поверхности Novalax и Miracle 3D S (specular) отражают свет примерно в два раза более интенсивно, чем экраны типа D, имеют жемчужное покрытие и обеспечивают угол просмотра до 60-80⁰. Коэффициент яркости для экранов Novalax составляет r₀=1,85, для экранов Miracle 3D r₀=2,38.

Компания LENSA выпускает бело-матовые экраны Cine Matt с коэффициентом яркости экрана r₀=1. Экраны Cine Gain производятся компанией с коэффициентом яркости, варьирующимся от 1,3 до 2,0 в зависимости от требований заказчика.

Компания DRAPER выпускает экраны для видеопроекции. Бело-матовый экран Fiberglass Matt White имеет виниловую поверхность с основой из переплетенного стекловолокна, что позволяет обеспечить равномерное распределение света в пределах угла наблюдения до 180⁰ при осевом коэффициенте яркости r₀=1. Используется практически с любыми видами видеопроекторов. Экраны с покрытием High Contrast Grey и HiDef Grey разработаны для современных ярких LCD и DLP проекторов с большим световым потоком, имеют коэффициент яркости r₀=0,8-0,9 и угол обзора 180⁰. Для проекторов со световым потоком не менее 1000 лм предназначены экраны с покрытиями типа Glass Beaded и M2500, которые обеспечивают коэффициент яркости r₀=2,9-3,0 и оптимальный угол обзора 50-60^0.